JP4529511B2 - リチウムイオン電池 - Google Patents
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Description
従来、様々な理由から、上記の絶縁層に繊維状の材料を含む例が提案されている。例えば、特許文献1には、繊維状無機質フィラーを含む多孔質シートを芯材として用いたゲル状電解質シートが記述されている。
また、特許文献2には、繊維状ポリエチレンの溶液を極板上に塗布して絶縁層を形成する技術が記述されている。しかしながら、これらの大部分が樹脂材料からなるセパレータや絶縁層は、概して高温で形状変化しやすい。よって内部短絡時や、釘のような鋭利な形状の突起物が電池を貫いた時、瞬時に発生する短絡反応熱により絶縁層が形状変化し、正負極間の絶縁を保持しきれないという課題があった。
とはできなかった。
(a)繊維状セラミックスフィラーを粉砕手段を用いて所望の繊維長にまで切断する工程と、
(b)少なくとも前記粉砕された繊維状セラミックスフィラーと樹脂バインダーと溶剤と混合し、分散させてスラリー化する工程と、
(c)前記スラリーを前記正極または前記負極の活物質層上に塗布し、乾燥させて、多孔性絶縁層を形成する工程と、
を含むものである。
(a)少なくとも繊維状セラミックスフィラーと樹脂バインダーと溶剤とを混合し、分散手段を用いて前記繊維状セラミックスフィラーを所望の平均繊維長に粉砕しつつ、同時に前記繊維状セラミックスフィラーと前記樹脂バインダーと前記溶剤とを分散させてスラリー化する工程と、
(b)前記スラリーを前記正極または前記負極の活物質層上に塗布し、乾燥させて、多孔性絶縁層を形成する工程と
を含むものである。
長のものを用意し、後のスラリー化工程において、フィラーとバインダー及び溶剤を分散させつつ、同時にフィラーを切断する方法がある。その際は、スラリー化工程において分散度を制御することにより、所望のフィラー繊維長を決めることが可能であり、生産性に優れた合理的な方法である。
ッケルをコバルト置換させたものなど)・マンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物等の粒子を挙げることができる。結着剤としてはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)・変性アクリロニトリルゴム粒子バインダーを増粘効果のあるカルボキシメチルセルロース(CMC)・ポリエチレンオキシド(PEO)・可溶性変性アクリロニトリルゴムと組み合わせたものや、PVDFおよびその変性体等が用いられる。また、導電剤としてアセチレンブラック・各種グラファイト等を添加する。これらの正極材料はN−メチルピロリドン等の溶剤とともにスラリー化された合剤として、集電体上に塗布され、乾燥、圧延工程を経て、活物質層1aを備えた正極1が出来あがる。
(実施例1)
(a)正極の作製
コバルト酸リチウム3kgを、呉羽化学(株)製PVDF#1320(固形分12重量%のN−メチルピロリドン(NMP)溶液)1kg、アセチレンブラック90gおよび適量のNMPとともに双腕式練合機にて攪拌し、正極ペーストを作製した。このペーストを15μm厚のアルミニウム箔に塗布乾燥し、総厚が160μmとなるように圧延した後、円筒型18650ケースに挿入可能な幅にスリットして、正極板を得た。
(b)負極の作製
人造黒鉛3kgを、日本ゼオン(株)製スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子結着剤
BM−400B(固形分40重量%)75g、CMC30gおよび適量の水とともに双腕式練合機にて攪拌し、負極ペーストを作製した。このペーストを10μm厚の銅箔に塗布乾燥し、総厚が180μmとなるように圧延した後、円筒型18650ケースに挿入可能な幅にスリットし、負極板を得た。
(c)多孔性絶縁層の形成
繊維径0.05μm〜4μm、繊維長10〜100μmのアルミナ短繊維1900gを用意し、ポリアクリロニトリル変性ゴム結着剤BM−720H(固形分8重量%)1250g及び適量の溶剤NMPを混合し、ビーズ分散機にてアルミナ短繊維を粉砕切断しながらスラリー化した。スラリー中の繊維長を粒度分布計で測定しながら、所望の繊維長になるまで分散処理を行ない、繊維長を制御した。このスラリーをグラビア印刷によって負極活物質層上に塗布し、乾燥して、厚さ8μmの多孔性絶縁層を形成した。
(e)電池の組立
これらの正負極を、厚み13μmのポリエチレン微多孔フィルムをセパレータに用いて捲回構成し、所定の寸法で切断して円筒型ケース内に挿入した。EC・DMC・EMC混合溶媒にLiPF6を1M溶解させた電解液5.5gをケース内に注入して封口し、設計容量が2000mAhの円筒型18650リチウムイオン電池を作製した。
(実施例2)
実施例1とは分散後の繊維状セラミックスフィラーの繊維径を次のように変更した。繊維状セラミックスフィラーとして繊維径0.2μm、平均繊維長100μmのアルミナ短繊維を用意し、分散時間を変えることで繊維長を0.2μm〜15μmまで制御した。他工程は実施例1と同様の方法で電池を作製し、実施例2とした。
(比較例1)
多孔性絶縁層に繊維状セラミックスフィラーを含むことなく、電池を作製したものを比較例1とする。すなわち、フィラーとして平均粒子径0.3μmのアルミナ微粒子1900g、ポリアクリロニトリル変性ゴム結着剤BM−720H(固形分8重量%)1250g及び適量の溶剤NMPと共にビーズ分散機にてスラリー化し、樹脂バインダーと微粒子フィラーとを含んだ多孔性絶縁層形成用のスラリーを調製した。このスラリーをグラビア印刷によって負極活物質層上に塗布し、乾燥して多孔性絶縁層を形成した。得られた多孔質絶縁層の厚みは8μmであった。他の工程はすべて実施例1と同様にした。
上記スラリーを銅箔上にアプリケータによって塗布し、30μm厚の多孔性絶縁層を形成した。セラミックスフィラーとバインダーのそれぞれの密度と添加比率とから固体部分の体積を求め、多孔性絶縁層全体の体積で除することによって求めた。
2.電池充放電特性
完成電池の仕上げ充放電を2回おこない、45℃環境で7日間保存した後、以下の充放電試験を、(1)および(2)の充電を20℃環境下でおこない、(3)の2C放電を20℃および0℃環境下で実施した。
(2) 定電圧充電:4.2V(終止電流100mA)
(3) 定電流放電(2C放電):4000mA(終止電圧3V)
このときの充放電容量を表1に示した。
3.釘刺し安全性
電池充放電特性評価後の電池について、以下の充電を行った。
(2) 定電圧充電:4.25V(終止電流100mA)
充電後の電池について、2.7mm径の鉄製丸釘を、20℃環境下で5mm/秒の速度で貫通させたときの発熱状態を観測した。この電池の貫通箇所近傍における90秒後の到達温度を表1に示した。
(実施例3)
実施例1とは繊維状セラミックスフィラーの粉砕・切断工程を次のように変更した。また、スラリー化工程において繊維状セラミックスフィラーがさらに粉砕・切断されないように、ビーズミルに代えてメディアレスの分散機を用いた。他工程は同様の方法で電池を作製し、実施例3とした。
(実施例4)
実施例1とは繊維状セラミックスフィラーの種類を次のように変更し、他工程は同様の方法で電池を作製し、実施例4とした。
2.繊維径0.2μm、繊維長100μmのジルコニア繊維
3.繊維径0.1μm、繊維長50μmの炭酸カルシウム繊維
4.繊維径0.2μm、繊維長50μmのシリコンカーバイド繊維
それぞれの繊維は分散工程で切断され、多孔層中では表2に示した繊維長になっていた。
す。
1a 正極活物質層
2 負極
2a 負極活物質層
3 セパレータ
4 多孔性絶縁層
5 繊維状セラミックスフィラー
6 空孔
Claims (2)
- 正極活物質層を備えた正極と、負極活物質層を備えた負極と、非水系電解液とを備え、前記正極活物質層または前記負極活物質層のうち少なくともいずれかの表面に繊維状セラミックスフィラーと樹脂バインダーとを含む多孔性絶縁層が形成されたリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記繊維状セラミックスフィラーを粉砕手段を用いて所望の繊維長にまで切断する工程と、
少なくとも前記粉砕された繊維状セラミックスフィラーと樹脂バインダーと溶剤と混合し、分散させてスラリー化する工程と、
前記スラリーを前記正極または前記負極の活物質層上に塗布し、乾燥させて、多孔性絶縁層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。 - 正極活物質層を備えた正極と、負極活物質層を備えた負極と、非水系電解液とを備え、前記正極活物質層または前記負極活物質層のうち少なくともいずれかの表面にセラミックスフィラーと樹脂バインダーとを含む多孔性絶縁層が形成されたリチウムイオン電池の製造方法であって、
少なくとも繊維状セラミックスフィラーと樹脂バインダーと溶剤とを混合し、分散手段を用いて前記繊維状セラミックスフィラーを所望の平均繊維長に粉砕しつつ、同時に前記繊維状セラミックスフィラーと前記樹脂バインダーと前記溶剤とを分散させてスラリー化する工程と、
前記スラリーを前記正極または前記負極の活物質層上に塗布し、乾燥させて、多孔性絶縁層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
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