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リチウム二次電池における正極集電体のアルミニウムに含まれる不純物が充放電挙動に及ぼす影響


立花和宏,○仁科辰夫,遠藤孝志,松木健三, 第40回電池討論会 , 京都,


学会】リチウム二次電池における正極集電体のアルミニウムに含まれる不純物が充放電挙動に及ぼす影響⇒#60@学会;
リチウム二次電池における正極集電体のアルミニウムに含まれる不純物が充放電挙動に及ぼす影響
立花和宏,○仁科辰夫,遠藤孝志,松木健三,第40回電池討論会講演要旨集 (1999).


1に高純度Al集電体用いたときの充放電曲線示すまた図2に不純物としてCu含むAl集電体用いた場合の充放電曲線示すCu含むAl集電体用いた場合容量が増加したまたサイクル毎の容量減損も抑制されたしかし電位反転時のiR降下が大きくなり電位平坦部が不明瞭になったこのような効果はAg含むAl集電体用いた場合にも見られたCoやMo不純物として含むAl集電体用いた場合も容量増加やサイクル毎の容量減損の抑制が見られたが含有する不純物金属元素によってそれぞれ特有の挙動が現れたまた容量増加の効果は結着材として水分含まないPVDF/NMP用いた場合よりも水分含むTEFLON分散液用いた場合の方が顕著であったしかしTEFLON分散液用いた場合サイクル毎の容量減損が認められたそこでPVDF/NMP微量の水分添加したところ容量増加と容量減損の抑制がバランス良く行われた

Al集電体は有機電解液中でAlF3などの皮膜生成して不働態化していると言われている1)LiBF4電解液中におけるサイクリクボルタンメトリーから測定したアルミニウムブレークダウン電圧50Vであった従ってAl集電体にはこれらの電解液中で比較的緻密な皮膜が安定に存在していると思われるまた電解コンデンサなどでは駆動有機電解液中の微量の水分が絶縁皮膜の修復に非常に重要であることが知られている2)Al集電体は純度が高いほど安定であるという報告もあるが3)ここではAl集電体含まれる不純物金属元素は結着材中の微量の水分とともに皮膜の性質変化させ電池性能向上に役立っていると考えられる

結論としてリチウム次電池の正極集電体アルミニウム微量金属元素添加することにより容量特性サイクル特性が向上するこの効果は特にCuが顕著であったまた正極合材正極集電体圧着する時点の結着材中の微量の水分は不働態皮膜の安定化に寄与し容量特性向上させる微量金属元素添加した正極集電体アルミニウムに微量水分含む結着材で正極合材塗布するとサイクル特性および容量特性共に向上できる

(1) K. Kanamura, Battery Technology, 10, 85(1998).

(2) M. Ue, F. Mizutani, S. Takeuchi, N. Sato, J. Electrochem. Soc., 144, 3743(1997).

(3) C.Iwakura, Y.Fukumoto, H.Inoue, S. Ohashi, S. Kobayashi, H. Tada and M.Abe, J. Power Sources, 68, 301(1998).

集電体の不純物の影響テフロン使った場合

 集電体の不純物の影響(テフロンを使った場合)

立花和宏,○…らは1999年に石巻で開催された平成11年度化学系7学協連合東北地方大会においてリチウム次電池集電体としてのアルミニウムに含まれる不純物金属元素と酸化皮膜生成反応の電気化学的検討について報告しているリチウム二次電池集電体としてのアルミニウムに含まれる不純物金属元素と酸化皮膜生成反応の電気化学的検討1)

K. Tac…らは1999年にで開催された196th Meeting of the ECSにおいてImpurity Effect in Aluminum Cathode Current Collector on Charging/Discharging Performance of Lithium Secondary Batteryについて報告しているImpurity Effect in Aluminum Cathode Current Collector on Charging/Discharging Performance of Lithium Secondary Battery2)

40回電池討論会京都府京都【学会】第40回電池討論会@京都府京都市

佐藤 幸裕は2002年にそれまでの研究リチウム次電池正極劣化の機構解明と抑制というテーマで修士論文としてまとめ山形大学卒業したリチウム二次電池正極劣化の機構解明と抑制3)


リチウム二次電池集電体としてのアルミニウムに含まれる不純物金属元素と酸化皮膜生成反応の電気化学的検討
Impurity Effect in Aluminum Cathode Current Collector on Charging/Discharging Performance of Lithium Secondary Battery
【学会】第40回電池討論会@京都府京都市



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