CN102210043B - 锂二次电池及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的锂二次电池具备正极(10)和负极(20)隔着隔板(30)而层叠的结构的电极体(80)，在正极(10)和负极(20)中的至少一方的隔板(30)侧的表面，形成有绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层(40)，在此，作为构成多孔质绝缘层(40)的绝缘粒子，使用了振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，并且，对电极体(80)施加的层叠方向的压力(90)被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围。

Description

锂二次电池及其应用
技术领域
本发明涉及锂二次电池，特别是涉及具备在电极的表面形成有多孔质绝缘层的电极体的锂二次电池。
另外，本国际申请要求基于在2008年11月6日申请的日本国专利申请第2008-285835号的优先权，该申请的全部内容作为参照被纳入本说明书中。
背景技术
近年，锂二次电池、镍氢电池等的二次电池作为车辆搭载用电源或者个人电脑及便携终端的电源其重要性在提高。其中，期待着轻量且可获得高能量密度的锂二次电池(典型为锂离子电池)适用作为车辆搭载用高输出电源。
在这种锂二次电池的一个典型构成中，具有在导电性构件(电极集电体)上形成有能够可逆地吸藏及释放锂离子的材料(电极活性物质)的构成的电极。例如，负极中采用的电极活性物质(负极活性物质)的代表例可举出石墨碳、无定形碳等的碳系材料。另外，负极中采用的电极集电体(负极集电体)的代表例可举出以铜为主体的片状或箔状的构件。
在具备这种电极活性物质的锂二次电池中，伴随着充放电时的锂离子的吸藏释放，电极活性物质膨张收缩，体积变化。由于该体积变化，存在包含电极活性物质的电极活性物质层从电极集电体翻起或者滑落，电极的集电性能降低的情况。另外，不仅仅限于充放电时，在形成电极活性物质层后到收纳于电池壳体内的期间(例如在正极、负极和隔板的层叠工序等时)，存在电极活性物质层从电极集电体脱落的问题。为了应对这样的问题，曾提出了在电极活性物质层上形成了多孔质绝缘层的电极结构。例如，专利文献1公开了在正极活性物质涂布质、负极活性物质涂布质的任一个的表面形成有多孔质保护膜的二次电池。另外，作为与该种多孔质保护膜相关的现有技术，可举出例如专利文献2、3。
现有技术文献
专利文献1：日本国专利申请公开平7-220759号公报
专利文献2：日本国专利申请公开2005-174792号公报
专利文献3：日本国专利申请公开2005-327680号公报
发明内容
但是，在汽车等的车辆上搭载这种锂二次电池的场合，为了获得高输出，构筑了将该电池多个串联连接而成的电池组。此时，由于搭载空间被限制且在振动发生的状态下的使用为前提，因此可在将多个单元电池排列且拘束的状态下来构筑电池组。在该拘束时，对构成电池组的各个电池施加了相当的压力。
本申请发明者发现了下述的新课题：在上述电极活性物质层上形成有多孔质绝缘层的电池中，若将电池拘束来使用，则虽然可获得初期的电池特性，但是在电池使用中电池输出大大降低，并尝试解决这些问题。本发明是鉴于该问题而完成的，其主要目的是提供可长期维持电池输出的循环寿命优异的电池。
本发明提供的锂二次电池，是具备电极体和将该电极体与电解质一起收容的电池壳体的电池，所述电极体具有正极和负极隔着隔板而层叠的结构。在上述正极和负极之中的至少一方的隔板侧的表面，形成有绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层。另外，作为构成上述多孔质绝缘层的绝缘粒子，使用了振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，并且，对上述电极体施加的上述层叠方向的压力被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2(1kgf/cm2＝0.098MPa左右)的范围。
这里，所谓“振实密度”，是依据JIS-R9301-2-3(重装体积密度)所规定的方法测定的粉体的密度，单位是g/cm3。
根据本发明的锂二次电池，对电池壳体内的电极体施加的上述层叠方向的压力(表面压力)被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围，因此即使是电极体伴随充放电而膨张收缩的场合，也可以将正极-负极间的距离保持为一定，由此可抑制电池输出的降低。而且，作为构成多孔质绝缘层的绝缘粒子，采用了振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，因此即使在施加了上述压力的状态下电极体膨张收缩，也能够避免多孔质绝缘层的压缩，可以抑制电池输出的降低。即，根据本发明，可抑制使用中的电池输出的降低，可以提供循环寿命优异的锂二次电池。
在这里公开的构成的优选的一个方式中，在上述负极中，在金属制的负极集电体上形成有含有负极活性物质的负极活性物质层。另外，上述多孔质绝缘层，以被覆上述负极的隔板侧的表面即上述负极活性物质层的表面的方式形成。若负极活性物质层因充放电而反复膨张收缩，则存在负极活性物质层从负极集电体翻起或者剥落，负极的集电性能降低的情况，但是根据上述的构成，多孔质绝缘层被覆了负极活性物质层，因此，可提高负极活性物质层和负极集电体的粘附性，可以抑制负极活性物质层和负极集电体的剥离。
在这里公开的构成的优选的一个方式中，上述负极集电体为铜制，上述负极活性物质由碳系材料构成。铜和碳系材料的粘附性差，因此，容易发生负极集电体和负极活性物质层的剥离。因此，在负极集电体为铜、负极活性物质层为碳系材料的场合，通过由多孔质绝缘层覆盖负极活性物质层，可特别好地发挥抑制负极活性物质层和负极集电体的剥离这一本发明的效果。
在这里公开的构成的优选的一个方式中，构成上述多孔质绝缘层的绝缘粒子为氧化铝粒子。氧化铝粒子的化学稳定性优异，且具有高的耐电解液性，因此可优选用作为适于本发明的目的的绝缘粒子。
本发明还提供用于实现上述的目的的电池组。该电池组是多个作为单元电池的锂二次电池串联连接而构成的电池组。上述锂二次电池具备电极体和电池壳体，所述电极体具有正极和负极隔着隔板而层叠的结构，所述电池壳体将该电极体与电解质(典型为非水电解液等的液态电解质)一起收容。另外，在上述正极和负极之中的至少一方的隔板侧的表面，形成有绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层。并且，作为构成上述多孔质绝缘层的绝缘粒子，使用了振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子。构成该电池组的各锂二次电池，在沿着上述电极体的上述层叠方向排列的同时，在该排列方向相互拘束。并且其特征在于，对排列的各锂二次电池的表面施加的拘束压力被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围。
根据该构成，可将沿层叠结构的电极体的该层叠方向排列的多个锂二次电池以沿该排列方向施加了载荷的状态进行拘束，并且，利用在该拘束时施加的拘束压力对电池壳体内的电极体施加适于本发明的目的的层叠方向的压力。
在这里公开的锂二次电池(以及电池组)的优选的一个方式中，上述电池壳体是铝或铝合金制的电池壳体(典型为厚度2mm以下，例如0.3mm～1mm左右)。铝或铝合金是重量较轻且因拘束时的拘束压力而容易变形的材质，因此，可对电池壳体内的电极体适当施加在拘束时施加的拘束压力。
本发明涉及的电池，由于例如循环后的输出特性优异，因此适于作为汽车等的车辆上所搭载的电池(典型为锂离子二次电池)。因此，根据本发明，可提供搭载例如锂离子二次电池(可以是多个二次电池连接成的电池组的形态。)来作为动力源(典型为混合动力车辆或电动车辆的动力源)的车辆(例如汽车)。
附图说明
图1是模式地表示本发明的一实施方式涉及的电极体的主要部分的截面图。
图2是用于说明多孔质绝缘层被压缩的情况的截面图。
图3是改变了对电极体施加的压力时的振实密度和电池电阻的关系的曲线图。
图4是模式地表示本发明的一实施方式涉及的电池的立体图。
图5是模式地表示本发明的一实施方式涉及的电极体的图。
图6是模式地表示本发明的一实施方式涉及的电池组的立体图。
图7是模式地表示构成本发明一实施方式涉及的电池组的电池的截面的截面图。
图8是模式地表示本发明一实施方式涉及的车辆的侧面图。
具体实施方式
本申请发明者发现了下述新课题：在高输出型的锂二次电池中，若为了将电极体的正极-负极间的距离保持为一定而以拘束电池的状态使用，则在使用中电池输出降低、循环寿命变短；并且发现：通过适当规定在电极体中使用的多孔质绝缘层的振实密度和拘束电池的拘束压力，可有效抑制这样的电池输出降低，从而完成了本发明。
以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，起相同作用的构件和部位附上相同的附图标记来说明。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。另外，本说明书中特别言及的事项以外的、本发明的实施所必需的事项(例如，正极活性物质及负极活性物质的制造方法、隔板和电解质的构成及制法、锂电池等电池的构筑所涉及的一般技术等)，可作为基于该领域的现有技术的一般技术人员的设计事项而把握。
本发明的一实施方式涉及的锂二次电池(在此为锂离子电池)，如图1所示，具备：具有正极10和负极20隔着隔板30而层叠的结构的电极体80。电极体80与典型的锂离子电池同样地，由规定的电池构成材料(正负极各自的活性物质、正负极各自的集电体、隔板等)构成。在该实施方式中，在正极10中，在正极集电体(这里为铝制)12上，形成有包含正极活性物质的正极活性物质层14。另外，在负极20中，在负极集电体22(这里为铜制)上，形成有包含负极活性物质的负极活性物质层24。
另外，正极10和负极20之中的至少一方的电极，在其与隔板30的界面具有绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层40。在该实施方式中，多孔质绝缘层40设置在负极20的隔板30侧的表面，以覆盖负极活性物质层24的表面的方式形成。当由多孔质绝缘层40覆盖负极活性物质层24时，负极活性物质层24与负极集电体22的粘附变强，可抑制负极活性物质层24与负极集电体22的剥离。
多孔质绝缘层40包含绝缘粒子和粘合剂，通过粘合剂，绝缘粒子固着于负极活性物质层24的表面，并且绝缘粒子彼此被粘接。在相邻的绝缘粒子间，在未由粘合剂粘接的部位形成有多个空隙。通过在这些空隙中保持电解液(通过使电解液渗入多孔质绝缘层40中)，可获得充分的电池输出。
对于电极体80，在该电极体80的层叠方向92施加了压力90。若电极体80因充放电而膨张收缩，则正极10-负极20间的距离变大，成为电池电阻增大的要因，但通过这样对电极体80施加压力90，可将正负极间距离保持为一定，可抑制电池输出的降低。对电极体80施加的层叠方向的压力，例如为4kgf/cm2以上50kgf/cm2以下即可。由此，即使是电极体80膨张收缩的情况下，也能够将正负极间距离保持为一定。
这里，在如上述那样对电极体80施加了压力的电池中，构成多孔质绝缘层40的绝缘粒子的振实密度若不适当，则反倒存在电池输出降低的情况。即，绝缘粒子的振实密度若不适当，则如图2所示，由于对电极体80施加的压力，多孔质绝缘层40被压缩(例如压延)，绝缘粒子间的空隙被压塌。绝缘粒子间的空隙若塌陷，则无法在多孔质绝缘层40中保持电解液，因此电池输出显著降低。在本实施方式中，通过适当规定构成多孔质绝缘层40的绝缘粒子的振实密度和对电极体80施加的层叠方向92的压力90，可有效抑制这样的电池输出的降低。即，本实施方式涉及的电池，其特征为，作为构成多孔质绝缘层40的绝缘粒子，采用振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，并且，对电极体80施加的层叠方向92的压力90被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围。
而且，加上图3，说明绝缘粒子的振实密度和对电极体施加的压力的关系。图3是改变了对电极体施加的压力时的振实密度和电池电阻的关系的曲线图。该曲线图是通过后述的电阻测定试验获得的。横轴表示振实密度(g/cm3)，纵轴表示电池电阻(mΩ)。
从图3可明白，对电极体80施加的层叠方向的压力90为4kgf/cm2～50kgf/cm2时，电池电阻变低(虚线R1、R2、R3区域)。即，压力90若比4kgf/cm2小，则通过充放电中的电极体80的膨张收缩，正负极间距离变大。因此，电极体80的内阻增大，电池输出变差。另一方面，对电极体80施加的层叠方向的压力90若超过50kgf/cm2，则由于对多孔质绝缘层40施加大的载荷，因此多孔质绝缘层40被压缩。因此，多孔质绝缘层40的电解液保持能力下降，电池输出变差。因此，对电极体80施加的层叠方向的压力90被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围即可。
另外，即使是对电极体80施加的层叠方向的压力90设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围的场合，作为绝缘粒子若采用振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，则电池电阻也进一步变低(虚线R1区域)。即，作为绝缘粒子，若采用振实密度超过0.9g/cm3的绝缘粒子，则绝缘粒子被致密地填充成形，并且容易流动，因此，通过负极活性物质层24的膨张收缩，多孔质绝缘层40被压缩。因此，多孔质绝缘层40的电解液保持能力下降，电池输出变差(虚线R3区域)。另一方面，作为绝缘粒子，若采用振实密度比0.4g/cm3小的绝缘粒子，则绝缘粒子被稀疏地填充成形，且多孔质绝缘层40变厚，因此正负极间距离变大。因此，电极体80的内阻增大，电池输出变差。因此，作为构成多孔质绝缘层40的绝缘粒子，使用振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的粒子即可。
根据本实施方式涉及的锂二次电池(锂离子电池)，对电极体80施加的层叠方向的压力90被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围，因此，即使是电极体80因充放电而膨张收缩的场合，也可以将正极10-负极20间的距离保持为一定，由此，可抑制电池输出的降低。而且，作为构成多孔质绝缘层40的绝缘粒子，采用了振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，因此，即使电极体80在施加了上述压力的状态下膨张收缩，也可避免多孔质绝缘层40的压缩，可抑制电池输出的降低。即，根据本发明，可以抑制使用中的电池输出的降低，可以提供循环寿命优异的锂二次电池(典型为锂离子电池)。
另外，作为构成多孔质绝缘层40的绝缘粒子的材料，可以举出例如粉末状的金属氧化物。作为优选例，可举出氧化铝粒子(Al2O3)、氧化镁粒子(MgO)等。金属氧化物粒子的化学稳定性优异，且具有高耐电解液性，因此，可优选用作为适于本发明的目的的绝缘粒子。绝缘粒子的平均粒径，例如使用一般的市售的粒度计(激光衍射式粒度分布测定装置等)测定的体积基准的平均粒径(D50)，优选大约为0.1μm～2μm，进一步优选为0.1μm～1μm。另外，多孔质绝缘层40的厚度没有特别的限制，优选大约为1μm～10μm。特别优选2μm～7μm的厚度的多孔质绝缘层。
接着，参照图4～图6所示的模式图说明本实施方式涉及的锂二次电池(锂离子电池)100的整体构成。如图4所示，锂离子电池100具备电极体80、容纳该电极体80的电池壳体70。
电极体80如上所述，与典型的锂二次电池(锂离子电池)中装备的电极体同样地，由规定的电池构成材料(正负极各自的活性物质层、正负极各自的集电体、隔板等)和多孔质绝缘层构成。这里，作为电极体80，采用了扁平形状的卷绕电极体80。电池壳体70具有可容纳上述扁平形状的卷绕电极体80的形状(在图示例中为箱形)。另外，电池壳体的材质，只要是与在以往的单元电池中使用的材质相同即可，没有特别限制，但从解决上述以往的问题的观点看，作为适于本发明的实施的材质，可举出重量较轻且由于拘束时的拘束压力而容易变形的材质。例如，作为电池壳体70，作为优选例可举出：长边部的尺寸为50mm以上、例如100～200mm，短边部的尺寸为5mm以上、例如10～50mm，高度为50mm以上、例如50～200mm左右，厚度(壁厚)在全周范围内为0.2～2mm(典型为0.3～1mm)的铝制的方形壳体(箱形壳体)。在电池壳体70的上面(盖体)，设置有与电极体80的正极10电连接的正极端子76以及与该电极体80的负极20电连接的负极端子78。
卷绕电极体80如图5所示，通过卷绕片状电极体82而形成。片状电极体82具有：组装卷绕电极体80的前一阶段中的长形状(带状)的片结构。片状电极体82与典型的卷绕电极体同样地，是将正极片10和负极片20与合计2片的隔板片30一起层叠而形成。
正极片10是在长形状的箔状的正极集电体12的两面附着正极活性物质层14而形成。但是，正极活性物质层14，在沿着片状电极体的宽度方向(横向)的端边的一个侧缘不附着，而使正极集电体12以一定的宽度露出。正极集电体12可优选使用铝箔(本实施方式)等的适于正极的金属箔。正极活性物质层14，由正极活性物质和根据需要使用的其他的正极活性物质层形成成分(例如导电助剂、粘合剂等)构成。作为正极活性物质，可优选采用：以例如含有锂和一种或两种以上的过渡金属元素作为构成金属元素的锂过渡金属复合氧化物为主成分的正极活性物质。作为优选例，可举出LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2(本实施方式)等。
负极片20也与正极片10同样地，是在长形状的箔状的负极集电体22的两面附着负极活性物质层24而形成。但是，负极活性物质层24在沿着片状电极体的宽度方向的端边的一个侧缘不附着，而使负极集电体22以一定的宽度露出。负极集电体22可优选使用铜箔(本实施方式)等的适于负极的金属箔。负极活性物质层24由负极活性物质和根据需要使用的其他的负极活性物质层形成成分(例如导电助剂、粘合剂等)构成。作为负极活性物质，可没有特别限定地使用以往就在锂二次电池中采用的物质的一种或两种以上。作为优选例，可举出石墨碳、无定形碳等的碳系材料(本实施方式中为石墨)、含锂的过渡金属氧化物和过渡金属氮化物等。
另外，负极片20在其与隔板30的界面具有多孔质绝缘层40。即，多孔质绝缘层40以覆盖负极片20的隔板30侧的表面即在负极集电体22的两面附着的负极活性物质层24的表面的方式形成。若通过充放电负极活性物质层24反复膨张收缩，则存在负极活性物质层24从负极集电体22翻起或者剥落、负极20的集电性能降低的情况，但是根据上述的构成，多孔质绝缘层40覆盖了负极活性物质层24，因此，可提高负极活性物质层24与负极集电体22的粘附性，可以抑制负极活性物质层24与负极集电体22的剥离。特别是由于铜与碳系材料的粘附性差，因此容易产生负极集电体与负极活性物质层剥离。因此，在负极集电体为铜、负极活性物质层为碳系材料的场合，通过由多孔质绝缘层覆盖负极活性物质层，可特别好地发挥抑制负极活性物质层与负极集电体的剥离的本发明的效果。
在构筑卷绕电极体80时，准备将正极片10和负极片20隔着隔板片30而层叠的片状电极体。此时，隔板片30以正极片10的正极活性物质层未形成部(正极集电体12的露出部分)16向外方突出的方式(即，正极活性物质层14和隔板片30对向的方式)重合。负极片20也与正极片10同样地被层叠，以负极活性物质层未形成部(负极集电体22的露出部分)26从隔板片30向外方突出的方式(即，负极活性物质层24以及多孔质绝缘层40与隔板片30对向的方式)重合。通过将该片状电极体卷绕，接着将获得的卷绕体从侧面方向压扁而延伸，获得扁平形状的卷绕电极体80。
这样获得的卷绕电极体80，如图4所示以卷绕轴方向为水平方向(在图中为左右方向)的方式被收容于电池壳体70中。然后，在正极活性物质层未形成部(正极集电体12的露出部分)16及负极活性物质层未形成部(负极集电体22的露出部分)26分别设置正极引线端子84以及负极引线端子86，分别与上述的正极端子76以及负极端子78电连接。
容纳卷绕电极体80后，接着将液态电解质(电解液)容纳于电池壳体70中。与卷绕电极体80一起被收容的电解液，是例如LiPF6等的锂盐。例如，将适当量(例如浓度1M)的LiPF6等的锂盐溶解于如碳酸亚乙酯与碳酸乙基甲酯的混合溶剂(例如体积比3∶7)那样的非水电解液中，作为电解液使用即可。通过将卷绕电极体80收容于电池壳体70，并且将上述电解液注入并封口，可构筑本实施方式的锂离子电池100。
接着，进一步用图6及图7说明用于实现本发明的目的的电池组200。该电池组200如图6所示，是多个锂二次电池(这里是锂离子电池)100串联连接而构成的电池组。该锂离子电池100，如图1和图4所示，具备：具有正极10和负极20隔着隔板30而层叠的结构的电极体80；将该电极体80与电解液一起收容的电池壳体70。另外，在负极20的隔板30侧的表面，形成有绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层40。并且，作为构成多孔质绝缘层40的绝缘粒子，可使用振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子。
构成该电池组200的各锂二次电池(这里是锂离子电池)100，如图6及图7所示，沿着电极体80的上述层叠方向92排列并且在该排列方向相互拘束。如图7所示，对电池壳体70的表面(即与排列方向对向的壳体表面)施加的拘束压力被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围。
该拘束压力的设定可如下进行。即，如图6所示，多个锂离子电池100沿层叠方向92排列，使其各一个地掉转配置，以使得各自的负极端子78以及正极端子76交替配置。另外，在排列的锂离子电池100的周围，配备将多个电池100汇集进行拘束的拘束构件。即，在位于电池排列方向的最外侧的电池100的更外侧，配置一对拘束板60A、60B。另外，以桥接该一对拘束板60A、60B的方式安装紧固用横梁62。然后，通过由螺钉66将横梁62的端部紧固且固定到拘束板60A、60B，将上述锂离子电池100进行拘束使得沿着其排列方向施加规定的载荷(即对电池壳体70的表面施加的压力(拘束压力)为4kgf/cm2～50kgf/cm2)即可。以与横梁62的紧固程度相应的水平，对各电池100的电池壳体70施加沿紧固方向(即排列方向)的拘束载荷(拘束压力90)。
如上所述，本实施方式的电池壳体70，从轻量化的观点出发以容易变形的薄材质(这里为铝制)构成，因此，如图7所示，沿锂离子电池100的排列方向施加的拘束压力90经由电池壳体70的侧壁传达到与电池壳体70的内壁密着配置的电极体80。即，利用以与横梁62的紧固程度相应的水平在紧固方向(即排列方向)施加的拘束压力，可对电池壳体70内的电极体80施加适于本发明的目的的上述层叠方向的压力。
另外，在电池壳体70由不同的材质(例如比铝难变形的硬材质)形成的场合，或者是铝制但是更壁厚地形成的场合，为了对被收容于电池壳体70中的电极体80施加适当的压力(即，对壳体内部的电极体施加：与在采用本实施方式那样的薄铝制电池壳体的场合施加4kgf/cm2～50kgf/cm2的拘束压力时对该壳体内部的电极体施加的压力同等的压力(表面压力))，根据实际的电池壳体的形状适当调节横梁62的紧固程度来设定适当的拘束压力即可。
以下，示出试验例1～6，进一步具体地说明本发明的电池。在该试验例中，分别改变多孔质绝缘层的振实密度和对电极体施加的压力，构筑试验用锂二次电池，实施它们的电池电阻试验，评价电池输出。
<正极的制作>
将作为正极活性物质的LiNiO2粉末94质量％与作为增粘剂的羧甲基纤维素(CMC)1质量％、作为导电剂的乙炔黑(AB)4质量％及作为粘合剂的聚四氟乙烯(PTFE)1质量％一起分散到适当的溶剂，调制出膏。然后，将该膏涂布在正极集电体(厚度10μm的铝箔)上，使溶剂挥发，制作出在正极集电体上设置有正极活性物质层的正极片。
<负极的制作>
另一方面，将作为负极活性物质的天然石墨的粉末98质量％与作为增粘剂的CMC 1质量％及作为负极粘合剂的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)1质量％一起分散到适当的溶剂中，调制出膏。然后，将该膏在负极集电体(厚度10μm的铜箔)上涂布，使溶剂挥发，由此在负极集电体上形成了负极活性物质层。
另外，作为绝缘粒子采用振实密度0.35g/cm3的氧化铝粉末，将该氧化铝粉末97质量％与作为粘合剂的PVdF 3质量％一起分散于作为分散溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，调制出膏。以膏中的固体成分浓度变为47质量％的方式进行调制。然后，将该膏在负极活性物质层的表面涂布，使NMP挥发，由此获得了在负极活性物质层的表面形成有多孔质绝缘层的负极片。
另外，通过改变氧化铝粉末的振实密度，制作出采用了振实密度相互不同的氧化铝粉末的负极片。具体地说，使用了振实密度分别为0.4g/cm3、0.5g/cm3、0.7g/cm3、0.9g/cm3、1.0g/cm3、1.2g/cm3的氧化铝粉末。另外，振实密度依据JIS-R9301-2-3规定的方法进行测定。
<试验用电池的构筑>
然后，将上述获得的正极片及负极片隔着厚度25μm的微细多孔质聚丙烯制隔板片而层叠，将该层叠体卷绕，制作了卷绕电极体。然后，在卷绕电极体的轴向两端分别连接正极端子及负极端子，将其与电解液一起收容于箱形的电池壳体(即，尺寸为110mm(长边部)×15mm(短边部)×90mm(高度)、厚度遍及全周为0.5mm的铝制的方形壳体)中，制作出试验用锂离子电池。作为电解液，采用在碳酸亚乙酯和碳酸乙基甲酯的3∶7(体积比)混合溶剂中溶解了约1摩尔/升的LiPF6的溶液。然后，由拘束构件拘束获得的试验用电池，设定由拘束构件引起的拘束压力使得对在电池壳体内容纳的电极体的层叠方向施加规定的压力。具体地说，拘束试验用电池的拘束压力(对电极体施加的压力)按照试验例1～6的顺序分别设定成无压力、2kgf/cm2、4kgf/cm2、16kgf/cm2、50kgf/cm2、60kgf/cm2。
<电阻试验>
对如以上那样制作的试验例1～6的试验用电池，反复进行充放电循环，测定充放电循环后的电池电阻。作为充放电循环的条件为：在测定温度60℃下，以2C速率充电到充电终止电压4.1V而休止后，以2C速率放电到充电终止电压3.0V，将该操作作为一个循环，反复进行3000循环的该操作。然后，测定3000循环后的电池电阻并评价。
获得的测定结果如图3及表1所示。图3中的横轴表示振实密度(g/cm3)，纵轴表示电池电阻(mΩ)。另外，图3中的○、△、□、◇、×、＊的各图案，与对电极体施加的压力分别为无压力、2kgf/cm2、4kgf/cm2、16kgf/cm2、50kgf/cm2、60kgf/cm2时对应。另外，作为参考例，未形成多孔质绝缘层时的电池电阻用线L表示。
表1
Figure BDA0000059588110000131
从图3及表1可清楚地知道，对电极体施加的压力设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的试验用电池(虚线R1、R2、R3区域)，即使充放电反复进行3000个循环后，也可抑制电池电阻的增加。特别地可知，对电极体施加的压力设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2且使用振实密度0.4g/cm3～0.9g/cm3的氧化铝粉末的试验用电池(虚线R1区域)，显著抑制了电池电阻的增加。因此，已确认：通过适当规定电极体中使用的多孔质绝缘层的振实密度和对电极体施加的压力使其在上述范围，可提供循环寿命优异的锂二次电池。
以上，通过优选的实施方式说明了本发明，但是这样的记述不是限定事项，当然可以有各种改变。
例如，本实施方式涉及的电极体的形态，如图5所示，是由1片正极片10和1片负极片20与隔板一起卷绕而层叠的卷绕层叠类型，但并不限于此。例如，也可以是多片正极和多片负极与隔板一起交替地层叠的交替层叠类型。另外，对电极体的层叠方向施加的压力不限定于如图6及图7所示的已电池组化时的拘束压力。例如，也可以不进行电池组化而将各锂二次电池单独地拘束。而且，也可以是不使用拘束构件，而采用由按压隔板之类的构件对电极体直接施加压力的形态。
另外，本发明的构成，可以不进行电极正负的区别而进行应用。例如，不限于负极侧，也可以在正极侧形成多孔质绝缘层。即，也可以在正极10的隔板30侧的表面，形成绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层40。在该场合，通过采用振实密度0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子作为绝缘粒子并将对电极体施加的层叠方向的压力设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围，也可以获得同样的效果，可以提供循环寿命优异的锂二次电池。
上述实施方式的锂离子电池100这样的由本发明提供的锂二次电池，如上所述，由于耐久性、循环寿命优异，因此，优选用作为在汽车等的车辆上搭载的电动机用电源。即，如图7所示，可提供：通过将上述锂二次电池离子电池100作为单元电池在规定的方向排列并在该排列方向拘束该单元电池来构筑电池组200(参照图6)，并且如图8所示将该电池组200作为电源而具备的车辆1(典型为汽车，尤其是混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车之类的具备电动机的汽车)。
产业上的利用可能性
根据本发明的构成，可提供可长期维持电池输出的循环寿命优异的电池。

Claims (9)

1.一种锂二次电池，是具备电极体和将该电极体与电解质一起收容的电池壳体的锂二次电池，所述电极体具有正极和负极隔着隔板而层叠的结构，
在所述正极和负极之中的至少一方的隔板侧的表面，形成有绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层，
作为构成所述多孔质绝缘层的绝缘粒子，使用了振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，所述振实密度，是依据JIS-R9301-2-3所规定的方法测定的粉体的密度，单位是g/cm3，并且，
对所述电极体施加的所述层叠方向的压力被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述电池壳体为铝或铝合金制。
3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，
在所述负极中，在金属制的负极集电体上形成有含有负极活性物质的负极活性物质层，
所述多孔质绝缘层，以被覆所述负极的隔板侧的表面即所述负极活性物质层的表面的方式形成。
4.根据权利要求3所述的锂二次电池，其中，
所述负极集电体为铜制，所述负极活性物质由碳系材料构成。
5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，构成所述多孔质绝缘层的绝缘粒子为氧化铝粒子。
6.一种电池组，是多个锂二次电池串联连接而构成的电池组，所述锂二次电池具备：
电极体，其具有正极和负极隔着隔板而层叠的结构；和
电池壳体，其将该电极体与电解质一起收容，
在所述正极和负极之中的至少一方的隔板侧的表面，形成有绝缘粒子填充成形而成的多孔质绝缘层，
作为构成所述多孔质绝缘层的绝缘粒子，使用了振实密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3的绝缘粒子，所述振实密度，是依据JIS-R9301-2-3所规定的方法测定的粉体的密度，单位是g/cm3，
构成所述电池组的各锂二次电池，在沿着所述电极体的所述层叠方向排列的同时，在该排列方向相互拘束，并且，对所述电池壳体的表面施加的拘束压力被设定在4kgf/cm2～50kgf/cm2的范围。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述电池壳体为铝或铝合金制。
8.一种车辆，具备权利要求1～5的任一项所述的锂二次电池。
9.一种车辆，具备权利要求6或7所述的电池组。
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