(57)【要約】【課題】かさ密度の高い黒鉛と低い黒鉛を混合して負極活物質として用いることにより、エネルギー密度を高めると共に電池性能も向上させることができる非水電解質二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】かさ密度が０．５ｇ／ｃｃ以上であり黒鉛粒子Ｃ１が球状等となる黒鉛と、かさ密度が０．２５ｇ／ｃｃ以下であり黒鉛粒子Ｃ２が針状やフレーク状となる黒鉛を混合した、かさ密度が０．４ｇ／ｃｃ以上の黒鉛混合物を負極活物質とし、この負極活物質に少なくともバインダを添加した負極活物質合材１２ｂを負極１２に担持させた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
かさ密度が０．５ｇ／ｃｃ以上の１種以上の黒鉛とかさ密度が０．２５ｇ／ｃｃ以下の１種以上の黒鉛とを混合し、かさ密度を０．４ｇ／ｃｃ以上とした黒鉛混合物を負極活物質の主成分とした合材を負極に担持させたことを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負極電極の負極活物質に黒鉛を用いた非水電解質二次電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解質二次電池では、負極活物質に金属イオンの吸蔵体として各種炭素材料を用いることがある。そして、この炭素材料の中でも特に黒鉛（グラファイト）は、比較的安価で取り扱いが容易であり、充放電電位がリチウム金属の溶出電位に近く、充放電の可逆性に優れていることから、リチウムイオン二次電池等に広く用いられている。
【０００３】
上記黒鉛を負極活物質として、高エネルギー密度の非水電解質二次電池を製造するには、負極への充填性が高い黒鉛を用いる必要がある。この黒鉛の充填性を表す指標の一つとしてかさ密度があり、黒鉛自体の真密度は約２．２ｇ／ｃｃであるが、この黒鉛の粒子形状等を調整することにより、適宜のかさ密度の黒鉛を製造することができる。例えば、図３に示すように、黒鉛粒子Ｃ１を球状に近い大きな塊とした場合には、１．０ｇ／ｃｃ程度のかさ密度の高い黒鉛となり、図４に示すように、黒鉛粒子Ｃ２の形状を針状やフレーク状とした場合には、０．１８ｇ／ｃｃ程度のかさ密度の低い黒鉛となる。
【０００４】
上記黒鉛を負極活物質として用いるには、この黒鉛にバインダ等を添加してペースト状の合材とする。そして、この合材を負極の集電基材となる銅箔等の表面に塗布し乾燥させて圧密化することによりこの負極に担持させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、かさ密度の高い黒鉛は、バインダを添加して合材としたときに、このバインダを黒鉛粒子間に取り込み難く、合材のペースト中で沈降し易くなる。このため、電池のエネルギー密度を高めるために、かさ密度の高い黒鉛を使用すると、合材中に黒鉛とバインダが不均一に分布するようになるので、良好な充放電特性が得られなくなるという問題があった。また、このような分布の不均一があると、充放電により負極活物質が膨張収縮を繰り返した場合に、合材の電気抵抗が増加し易くなり、寿命性能が低下するという問題もあった。
【０００６】
なお、逆にかさ密度の低い黒鉛を使用しても、圧密化によって圧迫することにより多孔度を低下させて充填性を高めることはできるが、針状やフレーク状の黒鉛粒子Ｃ２がこの圧密化によって集電基材の表面に平行に配向されるようになるために、電解液が浸透し難くなってエネルギー密度を十分に高めることができない。
【０００７】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、かさ密度の高い黒鉛と低い黒鉛を混合して負極活物質として用いることにより、エネルギー密度を高めると共に電池性能も向上させることができる非水電解質二次電池の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の非水電解質二次電池の製造方法は、かさ密度が０．５ｇ／ｃｃ以上の１種以上の黒鉛とかさ密度が０．２５ｇ／ｃｃ以下の１種以上の黒鉛とを混合し、かさ密度を０．４ｇ／ｃｃ以上とした黒鉛混合物を負極活物質の主成分とした合材を負極に担持させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、かさ密度が高い黒鉛にかさ密度の低い黒鉛を混合することにより、かさ密度の高い球状等の黒鉛粒子の間に、かさ密度の低い針状やフレーク状等の黒鉛粒子が混入するので、これらの黒鉛混合物の粒子間にバインダが入り込み易くなり、合材中で黒鉛とバインダが不均一に分布するようなことがなくなる。即ち、バインダは、大きな球状等からなる黒鉛粒子だけの間の広い間隙には入り込み難いが、この間隙に針状やフレーク状等からなる黒鉛粒子が混入することにより、これらの粒子間に容易に入り込むことができるようになる。これに対して、例えば小さい球状や太いフレーク状の粒子形状を有し、かさ密度が０．４ｇ／ｃｃ程度となる黒鉛だけを用いた場合には、大きい球状の粒子からなる黒鉛だけを用いた場合よりは多少改善されるが、球状等と針状、フレーク状等の黒鉛粒子を混合した場合ほど粒子間にバインダが入り込み易くなるようなことはない。従って、このような黒鉛混合物を用いることにより、合材中に黒鉛とバインダとが不均一に分布するようなことがなくなるので良好な電池特性を得ることができる。しかも、このような黒鉛混合物は、全体では０．４ｇ／ｃｃ以上の比較的高いかさ密度となるので、負極への充填性を十分に高めることができ、非水電解質二次電池の高エネルギー密度化を損なうようなことがなくなる。
【００１０】
なお、上記非水電解質二次電池の製造方法では、合材が負極の集電基材となる金属箔の表面に塗布されて圧密化されることにより担持されるようにすることが好ましい。このようにすれば、金属箔の表面に塗布された合材が圧密化されるので、これにより多孔度を例えば３０〜４５％の範囲内の最適な値に調整することができ、電池特性を損なわない範囲内でエネルギー密度を高めることができる。また、粒子形状が針状やフレーク状等の黒鉛は、圧密化により伸展し易い特徴を有するため、粒子形状が球状等の黒鉛と混合して圧密化することにより、合材の導電性を高めることもできるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は黒鉛混合物に混合されたかさ密度の高い黒鉛粒子Ｃ１とかさ密度の低い黒鉛粒子Ｃ２を示す拡大図、図２は大型の非水電解質二次電池に用いられる長円筒形巻回型の発電要素の構成を示す組み立て斜視図である。
【００１３】
大型の非水電解質二次電池に用いられる長円筒形巻回型の発電要素１の構成例を図２に示す。この発電要素１は、正極１１と負極１２をセパレータ１３を介して長円筒形に巻回している。正極１１は、集電基材となる帯状のアルミニウム箔１１ａの表面に正極活物質合材１１ｂを担持させたものである。負極１２は、集電基材となる帯状の銅箔１２ａの表面に負極活物質合材１２ｂを担持させたものである。なお、これらの正極１１と負極１２は、上下の側端部に合材１１ｂ，１２ｂを塗布しない未塗工部を設けておき、この未塗工部でアルミニウム箔１１ａと銅箔１２ａが露出するようにして、発電要素１の両端部から端子への接続を行うようにしている。
【００１４】
正極活物質合材１１ｂは、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム含有複合酸化物を正極活物質とし、これにバインダや導電補助剤を添加すると共に溶剤を加えてペースト状にしたものであり、アルミニウム箔１１ａの表面に塗布し乾燥させることにより正極１１に担持させている。
【００１５】
負極活物質合材１２ｂは、負極活物質として、かさ密度が０．５ｇ／ｃｃ以上の黒鉛とかさ密度が０．２５ｇ／ｃｃ以下の黒鉛とを混合した、かさ密度が０．４ｇ／ｃｃ以上の黒鉛混合物を用いる。図３に示したように、かさ密度が０．５ｇ／ｃｃ以上の黒鉛の黒鉛粒子Ｃ１は、一般には球状に近い大きな塊となる。また、図４に示したように、かさ密度が０．２５ｇ／ｃｃ以下の黒鉛の黒鉛粒子Ｃ２は、一般には針状やフレーク状のものとなる。これらの黒鉛粒子Ｃ１，Ｃ２が混合されると、図１に示すように、かさ密度の高い黒鉛粒子Ｃ１の間の広い間隙に、かさ密度の低い黒鉛粒子Ｃ２が混入するので、添加するバインダがこのかさ密度の低い黒鉛粒子Ｃ２間やこれとかさ密度の高い黒鉛粒子Ｃ１との間に入り込み易くなり、全体としてこれらの黒鉛粒子Ｃ１，Ｃ２の間にバインダが均一に広がるようになる。
【００１６】
負極活物質合材１２ｂは、上記負極活物質にバインダを添加すると共に溶剤を加えてペースト状にしたものである。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン等のように非水電解液に溶解し難いものが用いられる。このバインダの添加率は、負極活物質合材１２ｂに対して２〜１０ｗｔ％の範囲内が適当である。バインダの添加率が２ｗｔ％未満になると、負極活物質合材１２ｂ中の黒鉛粒子Ｃ１，Ｃ２間や負極１２の銅箔１２ａの表面との結合が不十分になり、この負極１２から負極活物質合材１２ｂが脱落するおそれがある。また、バインダの添加率が１０ｗｔ％を超えると、負極活物質合材１２ｂの導電性が低下すると共に、黒鉛の含有量が減少するためにエネルギー密度も低下することになる。
【００１７】
上記負極活物質合材１２ｂは、銅箔１２ａの表面に塗布し乾燥させて圧密化することにより負極１２に担持させている。圧密化は、ローラ等を用いることにより銅箔１２ａの表面に塗布された負極活物質合材１２ｂを圧迫するものであり、これにより負極活物質合材１２ｂの多孔度が３０〜４５％の範囲内となるようにしている。多孔度が大きくなりすぎるとエネルギー密度が低下し、小さくなりすぎると充放電特性が低下する。
【００１８】
上記負極活物質合材１２ｂを担持させた負極１２は、ポリエチレン樹脂の微多孔膜からなるセパレータ１３を介し正極１１と重ね合わせて巻回することにより発電要素１が作製される。そして、この発電要素１の両端面にはみ出したアルミニウム箔１１ａと銅箔１２ａをそれぞれ正負極の端子に接続すると共に、この発電要素１を電池容器に収納し非水電解液を注入して密閉することにより非水電解質二次電池が製造される。
【００１９】
上記構成により本実施形態の非水電解質二次電池の製造方法は、負極１２の負極活物質合材１２ｂに用いる負極活物質の黒鉛が、かさ密度の高い黒鉛粒子Ｃ１とかさ密度の低い黒鉛粒子Ｃ２とを混合した黒鉛混合物からなるので、これらの黒鉛粒子Ｃ１，Ｃ２の間にバインダが入り込み易くなり、負極活物質合材１２ｂ中に黒鉛とバインダが均一に分布するようになって、良好な電池特性を得ることができる。しかも、これらかさ密度の異なる黒鉛粒子Ｃ１，Ｃ２が混合した黒鉛混合物は、全体でも０．４ｇ／ｃｃ以上の比較的高いかさ密度となるような割合で配合されるので、負極１２への充填性を十分に高めることができる。さらに、この負極活物質合材１２ｂは、かさ密度の高い黒鉛粒子Ｃ１の間にかさ密度の低い黒鉛粒子Ｃ２が混入しているので、圧密化を行っても、このかさ密度の低い黒鉛粒子Ｃ２が銅箔１２ａの表面に平行に配向されてしまうようなことがなくなり、電解液の浸透が妨げられるおそれも生じない。
【００２０】
なお、上記実施形態では、かさ密度が高い黒鉛粒子Ｃ１として球状に近い大きな塊の粒子形状を示したが、黒鉛のかさ密度が０．５ｇ／ｃｃ以上であれば、どのような粒子形状であっても間隙にバインダが入り込み難くなるので、同様の効果を得ることができる。また、かさ密度が低い黒鉛粒子Ｃ２として針状やフレーク状の粒子形状を示したが、黒鉛のかさ密度が０．２５ｇ／ｃｃ以下であれば、どのような粒子形状であっても、かさ密度の高い黒鉛粒子Ｃ１の間に入り込むことができるので、同様の効果を得ることができる。
【００２１】
また、上記実施形態では、黒鉛混合物として、かさ密度の高いものを１種と低いものを１種ずつ混合する場合を示したが、いずれのかさ密度の黒鉛であっても、２種以上用いることができる。さらに、上記実施形態では、黒鉛混合物をそのまま負極活物質として用いたが、このような黒鉛混合物を主成分とするものであれば、他の添加物を含んだ負極活物質を用いることもできる。さらに、上記実施形態では、負極活物質にバインダを添加し溶剤を加えてペースト状の負極活物質合材１２ｂを作製したが、この負極活物質に少なくともバインダを添加した負極活物質合材１２ｂであればよく、その他の添加物の有無は問わない。
【００２２】
また、上記実施形態では、負極１２をセパレータ１３を介して正極１１と共に長円筒形に巻回した発電要素１について示したが、巻回の形状は任意であり、積層型の発電要素にも同様に実施可能である。さらに、上記実施形態では、正極活物質にリチウム含有複合酸化物を用いた非水電解質二次電池について示したが、他の正極活物質を用いる非水電解質二次電池の製造方法にも同様に実施可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の非水電解質二次電池の製造方法によれば、負極活物質としてかさ密度の高い黒鉛にかさ密度の低い黒鉛を混合した黒鉛混合物を用いることにより、非水電解質二次電池の高エネルギー密度化を図ると共に、電池特性も向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、黒鉛混合物に混合されたかさ密度の高い黒鉛粒子Ｃ１とかさ密度の低い黒鉛粒子Ｃ２を示す拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、大型の非水電解質二次電池に用いられる長円筒形巻回型の発電要素の構成を示す組み立て斜視図である。
【図３】従来例を示すものであって、かさ密度の高い黒鉛の黒鉛粒子Ｃ１を示す拡大図である。
【図４】従来例を示すものであって、かさ密度の低い黒鉛の黒鉛粒子Ｃ２を示す拡大図である。
【符号の説明】
Ｃ１    かさ密度の高い黒鉛の黒鉛粒子
Ｃ２    かさ密度の低い黒鉛の黒鉛粒子
１２    負極
１２ａ  銅箔
１２ｂ  負極活物質合材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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