电池、电池组、电子设备、电动车辆、电力存储装置和电力系统
技术领域
本技术涉及电池、电池组、电子设备、电动车辆、电力存储装置、和电力系统。
背景技术
近年来,已经广泛地普及了由例如移动式电话或移动式信息终端设备为代表的电子设备,并且对于这些设备,已经强烈地需要减缩尺寸、降低重量以及延长寿命。按照这种需要,已经将电池、特别是能够具有高能量密度的轻质的小型二次电池开发作为电源。
这种二次电池不局限于以上描述的电子设备,并且最近已经考虑,将二次电池应用于由电动工具如电钻、电动车辆如电动汽车、和电力存储系统如用于住宅用途的电力服务器为代表的各种应用。已经将高输出高容量的二次电池开发为以上描述的电源。
如以下描述的专利文献1至专利文献3公开了与二次电池有关的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第4984339号公报
专利文献2:日本特许第4594269号公报
专利文献3:日本特表2008-503049号公报
发明内容
本发明解决的问题
需要的是具有高能量密度和优异的快速充电循环特性的电池。
为了这个原因,本技术旨在提供具有高能量密度和优异的快速充电循环特性的电池、电池组、电子设备、电动车辆、电力存储装置、和电力系统。
问题解决的方案
为了解决以上描述的问题,本技术是包括以下的电池:在正极集电体的至少一侧(至少一个表面)上形成有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极;在负极集电体的至少一侧(至少一个表面)上形成有包含负极活性物质的负极活性物质层的负极;隔膜;和电解质,其中,电解质包含固体颗粒,负极活性物质层的容量面积密度(capacity areadensity)(mAh/cm2)等于或高于2.2mAh/cm2并且等于或低于10mAh/cm2,并且在负极活性物质层中的空隙(gap)的容量面积密度(mAh/cm2)等于或高于5.9mAh/cm2并且等于或低于67mAh/cm2。
根据本技术的电池组、电子设备、电动车辆、电力存储装置、和电力系统各自包括以上描述的电池。
本发明的效果
根据本技术,可以提供能够获得高能量密度和优异的快速充电循环特性的效果。
附图说明
[图1]图1是本技术的实施方式的层压膜型非水电解质电池的构造的分解透视图。
[图2]图2是沿着I-I线的图1的卷绕电极体的构造的截面图。
[图3]图3A和3B是非水电解质电池的内部构造的示意性截面图。
[图4]图4A至4C是使用多层电极体的层压膜型非水电解质电池的构造的分解透视图。
[图5]图5是本技术的另一个实施方式的圆柱形非水电解质电池的构造的截面图。
[图6]图6是容纳在圆柱形非水电解质电池内的卷绕电极体的放大的部分截面图。
[图7]图7是本技术的又一个实施方式的矩形非水电解质电池的构造的透视图。
[图8]图8是二次电池的应用实例(电池组:单个电池)的构造的透视图。
[图9]图9是图8的电池组的构造的方框图。
[图10]图10是本技术的又一个实施方式的电池组的电路构造实例的方框图。
[图11]图11是适合于使用本技术的非水电解质电池的住宅电力存储系统的实例的示意图。
[图12]图12是混合动力车辆的构造的实例的示意图,该混合动力车辆采用将本技术应用于其中的一系列混合系统。
具体实施方式
(本技术的概要)
为了易于理解本技术,将首先描述本技术的概要。由于初始容量和快速充电循环性能处于一种抵消关系(offset relationship),因此采取典型的设计方法以实现两者性能之间的最佳平衡。在典型的设计方法中,调节涂覆的电极的厚度(涂覆的活性物质层的厚度)和压缩密度(在压缩之后的活性物质层的密度),从而调节两者性能之间的平衡。
在另一个方面,已经提出了增加初始容量以在反复的快速充电循环之后确保一定水平的容量的技术。例如,如果将负极从石墨改变为Si类材料,那么可以期望初始容量的改善。然而,如果在材料改变之前电极生产为具有合适的涂覆电极厚度和压缩密度(压制密度),那么显著地降低快速充电性能和循环特性。由于这个原因,需要再次研究用于活性物质类型的最佳电极厚度和最佳压缩密度。在调节电极厚度和压缩密度的技术中,在不取决于活性物质类型的情况下,不能确保两者性能之间的最佳平衡。近年来,已经开发了由例如石墨和如锡合金或Si类或SiO类活性物质的材料的混合物制成的负极,但是在每次改变混合物比率的情况下,类似地需要重新研究最佳电极厚度和最佳压缩密度。而且,存在形成具有低初始容量以获得优异的快速充电循环特性的电池的技术。然而,由于低初始容量,甚至在一次循环之后不能实现容量要求。
此外,容量与电池体积成比例地增加,并且由于这个原因,在具有不同尺寸的电池之中,难以比较在快速充电循环之后的容量的优等或次等。基于用于具有不同尺寸的另外设备类型的平衡,这干扰了某些设备类型的最佳平衡的评估,并且因此,干扰了评估平衡的水平应用。
为了满足在快速充电循环之后的容量要求,需要的是建立能够处理初始容量水平和快速充电循环性能两者的技术。
考虑到以上描述的情形,本发明的发明人等已经重新发现了如下的作为深入研究的结果。在具有高电池容量的电池中,较厚地涂覆负极,并且将负极压缩至高密度。在快速充电中,要求进入至负极的每个单位面积内的Li离子的密度是过高的。而且,在活性物质空隙中这种密度是极其高的,导致离子供应的延迟。在放电中,在空隙中的离子阻塞(ioncongestion)是显著的。这导致不充足的快速充电。在正极中,没有Li沉积发生,因此,没有Li损耗发生。即使可以由例如高容量的活性物质如Si类材料较薄地制成负极,但是空隙的每一单位面积要求的渗透的离子的密度保持较高,并且由于这个原因,对于快速充电不产生能量储备。
在离子供应至深电极部分延迟的情况下,电池电阻增加,并且从而,电池电压和恒定电压值也增加。由于节流的(throttled)充电电流,这导致不充足地充电,以及由于许多Li离子在电极表面上具有接收的电子,从而致使Li金属沉积。Li金属与电解质溶液反应,并且因此,不再能有助于充电/放电。这带来了称为的“循环劣化”的状态。
本发明的发明人等已经发现,使用被称为“负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2)”的电极设计指标可以控制电池的能量密度水平,该容量面积密度不取决于活性物质类型。发明人等还已经发现,使用被称为“负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)”的电极设计指标可以控制快速充电性能和循环性能。“负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)”表示通过空隙的离子浓度,并且是每空隙面积(区域)的容量。而且,本发明的发明人等已经发现,包含在电解质中的固体颗粒可以改善离子扩散速率,并且可以获得初始容量水平和快速充电循环性能两者。
在本技术中,制成电极设计使得固体颗粒包含在电解质中,而且“负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2)”和“负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)”各自被控制在预定范围之内。在这种电极设计下,在任何的活性物质或者不同类型活性物质的混合物的情况下,可以提供电池,该电池甚至在反复的快速充电之后保持较高容量。
以下将参照附图来描述本技术的实施方式。应注意的是,将按以下顺序进行描述:
1.第一实施方式(层压膜型电池的实例);
2.第二实施方式(圆柱形电池的实例);
3.第三实施方式(矩形电池的实例);
4.第四实施方式(电池组的实例)
5.第五实施方式(电池组的另一个实例)
6.第六实施方式(电力存储系统等的实例)
7.其他实施方式(变化例)
应注意的是以下所描述的实施方式等是本技术的特别优选的实例,且本技术的内容不限于这些实施方式等。而且,在本说明书中所描述的有利效果将仅仅阐述为实例,并不是受限的。这些有利效果不旨在否认与该示例性有利效果不同的有利效果的存在。
1.第一实施方式
在本技术的第一实施方式中,将描述层压膜型电池的实例。这样的电池是非水电解质电池,并且其也是能够进行充电/放电的锂离子二次电池。
(1-1)非水电解质电池的实例的构造
图1示出了第一实施方式的非水电解质电池的构造。这样的非水电解质电池为所谓的“层压膜型”,并且配置为使得连接有正极引线51和负极引线52的卷绕电极体50容纳在膜形外部构件60内。
例如,正极引线51和负极引线52在相同的方向上从外部构件60的内部伸出至外部。正极引线51和负极引线52各自由金属材料如铝、铜、镍、或不锈钢制成,并且各自形成为薄板形状或网格形状。
外部构件60由例如层压膜形成,配置层压膜使得树脂层形成在金属层的每一侧上。在层压膜中,外侧树脂层形成在暴露于电池外侧上的金属层的表面上,并且内侧树脂层形成在面向在电池内侧上的发电要素(power generation element)如卷绕电极体50的金属层的表面上。
金属层在防止水分、氧气、和光进入以及保护内容物中发挥最重要的作用。考虑到轻质(lighting)、延展性、价格和易加工性,最通常使用铝(Al)。例如,外侧树脂层具有有利的外观、强度和弹性。将树脂材料如尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用于外侧树脂层。内侧树脂层包含通过热或超声波熔融和熔合在一起的部分。因此,聚烯烃树脂适合于内侧树脂层,并且通常使用共挤出的聚丙烯(CPP)。如必要的话,可以在金属层以及外侧树脂层和内侧树脂层中的每一个之间提供粘合层。
例如,外部构件60提供有通过在从内侧树脂层朝向外侧树脂层的方向上深拉(deep drawing)形成的并且容纳卷绕电极体50的凹部。布置外部构件60使得内侧树脂层面对卷绕电极体50。外部构件60的相对的内侧树脂层部分在凹部的外缘部分通过例如熔合彼此紧密地接触。粘合膜61设置在外部构件60与正极引线51和负极引线52中的每一个之间,配置粘合膜61以改善外部构件60的内侧树脂层与由金属材料制成的正极引线51和负极引线52中的每一个之间的粘附性。粘合膜61由表现出对金属材料高粘附性的树脂材料制成。粘合膜61由例如聚乙烯、聚丙烯、或通过对这些材料改性获得的聚烯烃树脂如改性的聚乙烯或改性的聚丙烯制成。
应注意的是,外部构件60可以由具有另外结构的层压膜、聚合物膜如聚丙烯、或金属膜形成代替包含由铝(Al)制成的金属层的铝层压膜。
图2示出了图1的沿着I-I线的卷绕电极体50的截面结构。如在图1中示出的,以其中带状正极53和带状负极54在带状隔膜55和电解质层56插入在它们之间的情况下堆叠在彼此上的状态对卷绕电极体50进行卷绕。如必要的话,通过保护带57保护卷绕电极体50的最外部分。
(正极)
正极53具有这样的结构,即正极活性物质层53B形成在正极集电体53A的一个或两个表面上。例如,金属箔如铝(Al)箔、镍(Ni)箔、或不锈钢(SUS)箔可以用作正极集电体53A。
例如,正极活性物质层53B包含正极活性物质、导电剂、和粘合剂。能够存储和释放锂的任何正极材料中的一种或多种可以用作正极活性物质。如必要的话,正极活性物质可以包含其他材料,如粘合剂和导电剂。
例如,含锂化合物优选作为能够存储和释放锂的正极材料。这是因为这样的化合物表现出高能量密度。含锂化合物的实例包括包含锂和过渡金属元素的复合氧化物以及包含锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物。在这些化合物中,包含选自由钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和铁(Fe)所组成的组中的至少一种作为过渡金属元素的化合物是优选的。这是因为能够获得较高的电压。
例如,由LixM1O2或LiyM2PO4表示的含锂化合物可以用作正极材料。在该式中,“M1”和“M2”表示一种或多种类型的过渡金属元素。根据电池的充电和放电状态改变x和y的值,且通常是0.05≤x≤1.10以及0.05≤y≤1.10。包含锂和过渡金属元素的复合氧化物的实例包括锂-钴复合氧化物(LixCoO2);锂-镍复合氧化物(LixNiO2);锂-镍-钴复合氧化物(LixNi1-zCozO2(0<z<1));锂-镍-钴-锰复合氧化物(LixNi(1-v-w)CovMnwO2(0<v+w<1,v>0,w>0);或具有尖晶石结构的锂-锰复合氧化物(LiMn2O4)或锂-锰-镍复合氧化物(LiMn2-tNitO4(0<t<2))。在这些复合氧化物之中,含钴的复合氧化物是优选的。这是因为可以获得较高的容量和优异的循环特性。此外,包含锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物的实例包括锂-铁-磷酸盐化合物(LiFePO4)以及锂-铁-锰-磷酸盐化合物(LiFe1-uMnuPO4(0<u<1))。
具体地,这样的锂复合氧化物的实例包括锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、和锂锰氧化物(LiMn2O4)。此外,可以使用通过用其他元素代替一些过渡金属元素所获得的固溶体。这样的固溶体的实例包括锂-镍-钴复合氧化物(例如,LiNi0.5Co0.5O2、LiNi0.8Co0.2O2)。这些锂复合氧化物可以产生高电压,并且表现出优异的能量密度。
而且,从实现更高的电极填充特性和更高的循环特性的观点来看,可以使用复合颗粒,形成该复合颗粒使得由任何以上描述的含锂化合物制成的颗粒的表面覆盖有由任何其他的含锂化合物形成的颗粒。
能够存储和释放锂的正极材料的其他实例包括氧化物如氧化钒(V2O5)、二氧化钛(TiO2)、和二氧化锰(MnO2);二硫化物如二硫化铁(FeS2)、二硫化钛(TiS2)、和二硫化钼(MoS2);不包含锂的硫族化物(特别是层状化合物和尖晶石化合物),如二硒化铌(NbSe2);包含锂的含锂化合物;以及导电性聚合物如硫磺、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、和聚吡咯。无需说明地,能够存储和释放锂的正极材料可以是不同于以上描述的那些的材料。而且,可以以任何组合将以上列出的两种或多种类型的正极材料混合在一起。
例如,将碳材料如炭黑和石墨用作导电剂。而且,例如,将选自以下的组的至少一种用作粘合剂:树脂材料如聚偏氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、和羧甲基纤维素(CMC);以及主要包含这些树脂材料的共聚物等。
正极53包括通过点焊或超声焊接连接至正极集电体53A的一个端部的正极引线51。正极引线51优选由网格形状的金属箔形成。然而,只要可以获得电化学的和化学的稳定性和导电性,则不必使用金属。正极引线51的材料的实例包括铝(Al)和镍(Ni)。
(负极)
负极54具有这样的结构,即负极活性物质层54B形成在负极集电体54A的一个或两个表面上。例如,使负极活性物质层54B和正极活性物质层53B彼此面对地布置。由例如金属箔如铜箔形成负极集电体54A。
负极活性物质层54B包含,作为负极活性物质的能够存储和释放锂的任何负极材料中的一种或多种。如必要的话,负极活性物质层54B可以包含与正极活性物质层53B的那些相似的其他材料如粘合剂和导电剂。
应注意的是,在这种非水电解质电池中,能够存储和释放锂的负极材料的电化学当量大于正极53的电化学当量。理论上,优选的是,在充电过程中,没有金属锂析出在负极54上。
而且,例如,设计这样的非水电解质电池,使得在完全充电状态下的开路电压(即,电池电压)落入在等于或高于2.80V和等于或低于6.00V的范围之内。特别是在使用相对于Li/Li+在约0V下为锂合金的材料或存储锂的材料作为负极活性物质的情况下,设计为使得在完全充电状态下的开路电压落入等于或高于4.20V且等于或低于6.00V的范围内。在这种情况下,在完全充电状态下的开路电压优选等于或高于4.25V且等于或低于6.00V。与4.20V的电池相比,当在完全充电状态下的开路电压等于或高于4.25V时,即使使用相同的正极活性物质,每单位质量的释放的锂量更大。因此,调节正极活性物质和负极活性物质的量。从而,可以获得高能量密度。
能够存储和释放锂的负极材料的实例包括碳材料如不可石墨化的碳、可石墨化的碳、石墨、热解碳类、焦炭类(coke group)、玻璃碳类、有机高分子化合物烧结体、碳纤维、和活性碳。在这些材料中,焦炭类的实例包括沥青焦炭、针状焦炭、和石油焦炭。用如下方式获得有机高分子化合物烧结体,在合适的温度下烧结并碳化聚合物材料如酚醛树脂或呋喃树脂,并且将一些有机高分子化合物烧结体分类为不可石墨化的碳或可石墨化的碳。对于这些碳材料,由于充电/放电引起的晶体结构中的变化极其小,并且可以获得高的充电/放电容量。此外,可以获得有利的循环特性。出于这些原因,优选这样的碳材料。特别地,因为石墨表现出较大的电化学当量和高的能量密度,所以优选石墨。此外,因为不可石墨化的碳表现出优异的循环特性,所以优选不可石墨化的碳。进一步地,优选其充电/放电电位较低的材料,特别是其充电/放电电位接近于锂金属的那些的材料,因为这样的材料易于获得具有高能量密度的电池。
能够存储和释放锂且获得更高容量的其他负极材料的实例包括能够存储和释放锂并且包含作为组成元素的至少一种类型的金属元素和半金属元素的材料。这是由于使用这样的材料导致高的能量密度。特别地,因为可以获得高的能量密度和优异的循环特性,因此负极材料优选与碳材料结合使用。这些负极材料可以是单一金属或半金属元素;或者合金或其化合物。可替代地,部分的负极材料可以具有这些相的至少一种或多种。应注意的是,在本技术中,合金不仅包括包含两种或更多种类型的金属元素的合金,而且还包括包含一种或多种类型的金属元素和一种或多种类型的半金属元素的合金。此外,可以包含非金属元素。这样材料的结构可以包括固溶体,共晶(共融混合物),金属间化合物,或固溶体、共晶和金属间化合物中的两种或更多种共存。
形成负极材料的金属或半金属元素的实例包括能够形成锂和合金的金属或半金属元素。具体的实例包括镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、钛(Ti)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌(Zn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、钯(Pd)和铂(Pt)。这些元素可以是晶体的或非晶体的。
负极材料优选包含作为组成元素的在短周期型周期表中的4B族的金属或半金属元素,更优选包含作为组成元素的硅(Si)或锡(Sn)中的至少一种,并且更优选至少包含硅。这是因为硅(Si)和锡(Sn)表现出较大的锂存储/释放容量和高的能量密度。包含硅或锡中的至少一种的负极材料的实例包括硅的单质、或者其合金或化合物;锡的单质、或者其合金或化合物;或者至少部分地具有一种或更多种这些相的材料。
硅合金的实例包括包含选自由以下所组成的组中的至少一种作为除了硅以外的第二组成元素的合金:锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)。锡合金的实例包括包含选自由以下所组成的组中的至少一种作为除了锡(Sn)以外的第二组成元素的合金:硅(Si)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)。
锡(Sn)化合物或硅(Si)化合物的实例包括包含氧(O)或碳(C)的化合物。除了锡(Sn)或硅(Si)之外,这样的化合物可以包含以上所描述的第二组成元素。
在这些材料中,含SnCoC的材料优选作为负极材料,含SnCoC的材料包含钴(Co)、锡(Sn)和碳(C)作为组成元素,使得碳含量等于或高于9.9质量%且等于或低于29.7质量%,并且钴(Co)与锡(Sn)和钴(Co)的总和的比率等于或高于30质量%且等于或低于70质量%。这是因为在这样的成分范围之内可以获得高的能量密度和优异的循环特性。
如必要的话,该含SnCoC的材料可以进一步包含其他组成元素。以下元素优选作为其他组成元素:硅(Si)、铁(Fe)、镍(Ni)、铬(Cr)、铟(In)、铌(Nb)、锗(Ge)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、磷(P)、镓(Ga)或铋(Bi)。含SnCoC的材料可以包含这些元素中的两种或更多种。这是因为可以进一步改善容量或循环特性。
应注意的是,含SnCoC的材料具有锡(Sn)、钴(Co)和碳(C)的相,并且这些相优选具有低的晶体结构或非晶体结构。此外,在含SnCoC的材料中,至少部分的作为组成元素的碳(C)优选结合至作为其他组成元素的金属或半金属元素。这是由于以下原因。尽管假定的是,由于锡(Sn)的凝集或结晶降低了循环特性,但是可以通过使碳(C)与其他元素的结合减少这样的凝集或结晶。
例如,采用X射线光电子能谱法(XPS)作为用于检测元素结合状态的测量方法。在XPS中,在校准能量的装置中碳的1s轨道(C1s)的峰出现在284.5eV,使得在石墨的情况下在84.0eV下获得金原子的4f轨道(Au4f)的峰。此外,在表面污染的碳的情况下,在284.8eV处出现峰。在另一方面,在较高的碳元素的电荷密度的情况下或者在碳结合至金属或半金属元素的情况下,C1s峰出现在低于284.5eV的区域中。也就是说,当含SnCoC材料所获得的C1s的合成波的峰出现在低于284.5eV的区域中时,包含在含SnCoC材料中的至少部分的碳结合至作为其他组成元素的金属或半金属元素。
应注意的是,在XPS测量中,例如使用C1s峰校正光谱能量轴。由于通常在表面上存在表面污染的碳,表面污染的碳的C1s峰是284.8eV,并且其用作基准能量。在XPS测量中,以包括表面污染的碳的峰以及包含在含SnCoC材料中碳的峰的形式获得C1s峰的波形。因此,通过例如使用商业上可获得的软件分析,将表面污染碳的峰与包含在含SnCoC材料中碳的峰彼此分离。在波形分析中,位于最低结合能侧上的主峰的位置被当作基准能量(284.8eV)。
能够存储和释放锂的负极材料的实例还包括能够存储和释放锂的金属氧化物或高分子化合物。金属氧化物的实例包括包含钛和锂的锂-钛氧化物,如钛酸锂(Li4Ti5O12);铁氧化物;钌氧化物;或钼氧化物。高分子化合物的实例包括聚乙炔、聚苯胺或聚吡咯。
(“负极活性物质层的容量面积密度”和“在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度”)
负极活性物质层54B的容量面积密度(mAh/cm2)等于或高于2.2mAh/cm2且等于或低于10mAh/cm2,并且在负极活性物质层54B中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)等于或高于5.9mAh/cm2且等于或低于67mAh/cm2。
在本技术中,在预定范围之内调节负极活性物质层54B的容量面积密度,从而可以将电池的能量密度调节较高,并且将在负极活性物质层54B中的空隙的表示需要穿过空隙的离子的浓度和量的容量面积密度在预定范围之内调节,从而可以改善快速充电性能和循环特性。进一步地,由于固体颗粒包含在电解质中,因此可以改善离子扩散速率,并且可以获得优异的初始容量和优异的快速充电性能两者。
例如,在不考虑活性物质类型将活性物质从石墨变化为Si的情况下,即使将活性物质改变为具有极其不同容量的材料或者如果当活性物质是混合物时改变混合物比例,在预定范围之内调节负极活性物质层54B的容量面积密度(mAh/cm2)以及在负极活性物质层54B中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2),并且作为结果,可以进行控制以持续地获得优异的性能。例如,为了获得预定水平的电池的体积能量密度,可以调节负极活性物质层54B的容量面积密度(mAh/cm2)至对应于这样水平的值。例如,为了将电池的快速充电循环改善至预定性能,可以调节负极活性物质层54B中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)至对应于这样性能的值,而不考虑活性物质类型。
由于在预定范围内调节负极活性物质层54B的容量面积密度(mAh/cm2),所以可以稳定地将电池的能量密度调节至期望水平,而不取决于负极活性物质的材料类型。为了获得更佳的有利效果,负极活性物质层54B的容量面积密度(mAh/cm2)优选等于或高于2.5mAh/cm2且等于或低于9mAh/cm2,并且更优选等于或高于4mAh/cm2且等于或低于7mAh/cm2。
由于在预定范围内调节在负极活性物质层54B中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2),因此可以将在快速充电中的穿过负极活性物质层54B中的空隙的锂离子的密度调节至合适的水平。利用这样的构造,可以改善快速充电性能和循环特性。为了获得更佳的有利效果,在负极活性物质层54B中空隙的容量面积密度(mAh/cm2)优选等于或高于8mAh/cm2且等于或低于45mAh/cm2,并且更优选等于或高于13mAh/cm2且等于或低于23mAh/cm2。
(负极活性物质层的容量面积密度的测量)
由在电池一侧上的负极活性物质层54B限定负极活性物质层54B的容量面积密度(mAh/cm2),该电池包括在负极集电体54A的一个或两个表面上形成的负极活性物质层54B。例如,将通过在重复循环之前分解完全充电的电池所获得的负极冲压成圆形,然后将Li金属设置为相对于其中在其之间插入隔膜的负极。使用电解质溶液(通常,例如,EC:20质量%/DEC:65质量%/LiPF6:15质量%)生产硬币形电池。然后,当在0.2mA的恒定电流下从负极除掺杂Li离子直至1.5V时测量容量(mAh),并且通过容量除以负极的面积(cm2)获得值。将配置为使得仅在一侧上设置活性物质层的电极用作电极,并且获得电极的每一侧的值。
(在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度的测量)
如下获得在负极活性物质层54B中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)。通常使用水银测孔计测量以上所描述的电极的孔隙率,并且然后,用负极活性物质层54B的容量面积密度(mAh/cm2)除以孔隙率(负极活性物质层容量面积密度(mAh/cm2)/孔隙率)。应注意的是,只要可以精确地获得电极的孔隙率,可以使用用于测量孔隙率的其他方法。
(隔膜)
隔膜55是由表现出高的离子渗透性并且具有预定的机械强度的绝缘膜形成的多孔膜。非水电解质溶液保持在隔膜55的孔中。
例如,隔膜55是由树脂制成的多孔膜。用这样的方式形成由树脂制成的多孔膜,即材料如树脂较薄地延伸,并且具有多孔结构。例如,用这样的方式获得由树脂制成的多孔膜,即通过例如拉伸或相分离成型材料如树脂。例如,在拉伸中,从T-模具或圆形模具挤出熔融聚合物,然后,对挤出的熔融聚合物进行热处理。用这样的方式,形成具有高规则性的晶体结构。随后,进行低温拉伸和高温拉伸,使得晶体界面分离以在片晶(lamellae)之间形成间隔部分(空隙,clearance)。用这样的方式,形成多孔结构。在相分离中,通过T-模具方法或膨胀将在高温下将聚合物和溶剂混合在一起而制备的均匀溶液形成为膜。然后,使用另外的挥发性溶剂提取溶剂,从而,可以获得由树脂制成的多孔膜。应注意的是,用于制造由树脂制成的多孔膜的方法不局限于这些方法,并且可以广泛地使用通常提出的方法。例如,聚烯烃树脂如聚丙烯或聚乙烯、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚酯树脂、或尼龙树脂优选用作形成隔膜55的树脂材料。特别地,优选使用聚乙烯,如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、和线型聚乙烯,或者其低分子量蜡馏分(wax fraction),或者聚烯烃树脂如聚丙烯,由于这些材料的熔融温度是合适的并且易于获得这些材料。此外,可以使用在其中将两种或多种类型的这些多孔膜堆叠在彼此上的结构或者由熔融和捏合两种或多种树脂材料所形成的多孔膜。利用由聚烯烃树脂制成的多孔膜,可以在正极53和负极54之间获得优异的分离,因此,可以进一步地降低内部的短路。
隔膜55可以是无纺布。无纺布是以机械方式、化学方式、使用溶剂的方式、或它们的组合不通过编织或针织纤维,而是通过将纤维粘结和/或交织在一起所形成的结构。可以被加工成纤维的大多数材料可以用作无纺布的原材料。通过调节形状,如纤维长度和厚度,无纺布可以具有对应于目的和用途应用的功能。用于制造无纺布的方法通常包括两个阶段,即,形成被称为“绒头织物(起绒布,fleece)”的多层纤维的步骤,以及粘结绒头织物的纤维的步骤。在每个阶段存在不同的制造方法,并且根据无纺布的原材料、目的、和用途应用进行方法选择。例如,干法、湿法、纺粘法(spunbonding)、或熔喷法(melt blowing)可以用作形成绒头织物的步骤。可以使用热粘结法、化学粘结法、针刺法、水刺法(水喷射交织法)、缝合法或蒸汽喷射法作为粘结绒头织物的纤维的步骤。
无纺布的实例包括使用聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)空气-渗透性膜(聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布)。应注意的是,空气渗透性膜是指具有透气性的膜。无纺布的其他实例包括使用芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维、纤维素纤维、聚烯烃纤维、或尼龙纤维的无纺布。对于无纺布,可以使用两种或多种类型的纤维。
可以可选地设置隔膜55的厚度,只要隔膜55的厚度等于或大于可以保持所需要强度的这种厚度。优选将隔膜55的厚度设置为使得在正极53和负极54之间进行绝缘以防止短路等,隔膜55具有用于穿过隔膜55的合适的电池反应的离子渗透性,而且使得有助于在电池中的电池反应的活性物质层的体积效率尽可能高。具体地,例如,隔膜55的厚度优选等于或大于4μm且等于或小于20μm。
(电解质层)
电解质层56包括基体高分子化合物、非水电解质溶液和固体颗粒。例如,在电解质层56中,通过基体高分子化合物保持非水电解质溶液。电解质层56是例如由被称为“电解质凝胶”形成的层。应注意的是,固体颗粒可以包含在负极活性物质层54B和/或正极活性物质层53B中。尽管在以下变化例中将描述详情,但是可以使用非水电解质溶液作为液体电解质代替电解质层56。在这种情况下,非水电解质电池包括配置为使得从卷绕电极体50中省去电解质层56的卷绕体代替卷绕电极体50。卷绕体注入有作为液体电解质的非水电解质,利用其填充外部构件60的内部。
(基体高分子化合物)
例如,与溶剂具有相容性的化合物可以用作保持电解质溶液的基体高分子化合物(树脂)。这样的基体高分子化合物的实例包括含氟的树脂如聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯;含氟的橡胶如偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物;苯乙烯-丁二烯共聚物和其氢化物;丙烯腈-丁二烯共聚物和其氢化物;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和其氢化物;甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物;苯乙烯-丙烯酸酯共聚物;丙烯腈-丙烯酸酯共聚物;橡胶类如乙烯丙烯橡胶、聚乙烯醇、和聚乙酸乙烯酯;纤维素衍生物如乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、和羧甲基纤维素;其中熔点或玻璃化转变温度中的至少一种等于或高于180°的树脂,如聚亚苯基醚、聚砜、聚醚砜、聚亚苯基硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺(特别是芳族聚酰胺)、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚醚、丙烯酸树脂、和聚酯;以及聚乙二醇。
(非水电解质溶液)
非水电解质溶液包含电解质盐以及溶解该电解质盐的非水溶剂。
(电解质盐)
例如,电解质盐包括一种或多种类型的轻金属化合物如锂盐。锂盐的实例包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、脱水六氟硅酸锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)和溴化锂(LiBr)。在这些材料之中,选自由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂和六氟砷酸锂组成的组的至少一种是优选的,并且六氟磷酸锂是更优选的。
(电解质盐的浓度)
为了获得更佳的有利效果,相对于电解质的质量,电解质盐的浓度优选等于或高于10质量%且等于或低于40质量%,更优选等于或高于10质量%且等于或低于30质量%,并且特别优选等于或高于12质量%且等于或低于20质量%。电解质层36中固体颗粒的存在促进锂离子和溶剂的簇(群,cluster)的打碎(crush),导致阳离子和阴离子更高的解离度。因此,与典型的浓度相比,可以设置较高的电解质中的电解质盐的浓度,并且与典型的容量相比,可以获得更高的容量。
(非水溶剂)
非水溶剂的实例包括内酯类溶剂,如γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯;碳酸酯类溶剂,如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯;醚类溶剂,如1,2-二甲氧基乙烷、1-乙氧基-2-甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃;腈类溶剂如乙腈;环丁砜类溶剂;磷酸基团;磷酸酯溶剂;和吡咯烷酮基团。可以单独使用任何一种溶剂,或者可以以两种或多种的组合使用。
(固体颗粒)
例如,可以将无机或有机颗粒中的至少任一种用作固体颗粒。固体颗粒的实例包括金属氧化物、硫酸盐化合物、碳酸盐化合物、金属氢氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氟化物、磷酸盐化合物、和矿物的颗粒。应注意的是,通常将具有电绝缘特性的颗粒用作该颗粒,但是可以使用例如通过用电绝缘材料表面处理导电性材料的颗粒(微粒)表面而被电绝缘的颗粒(微粒)。
以下材料可以合适地用作金属氧化物:硅氧化物(例如,SiO2、硅石(包括,例如,二氧化硅石粉(silica stone powder)、熔融石英、玻璃珠、硅藻土、湿合成物如胶体二氧化硅、和干合成物如煅制二氧化硅))、锌氧化物(ZnO)、锡氧化物(SnO)、镁氧化物(氧化镁,MgO)、锑氧化物(Sb2O3)和铝氧化物(氧化铝,Al2O3)。
以下材料可以合适地用作硫酸盐化合物:硫酸镁(MgSO4)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸钡(BaSO4)和硫酸锶(SrSO4)。以下材料可以合适地用作碳酸盐化合物:碳酸镁(MgCO3,菱镁土(菱镁矿))、碳酸钙(CaCO3,方解石)、碳酸钡(BaCO3)、和碳酸锂(Li2CO3)。以下材料可以合适地用作金属氢氧化物:氢氧化氧化物(氢氧化物氧化物,hydroxide oxide)和水合氧化物,如氢氧化镁(Mg(OH)2,水镁石)、氢氧化铝(Al(OH)3(三羟铝石、三水铝石))、氢氧化锌Zn(OH)2)、勃姆石(软水铝石,boehmite)(Al2O3H2O或AlOOH,水铝石(diaspore))、白碳(whitecarbon)(SiO2·nH2O,水合二氧化硅)、氧化锆水合物(ZrO2·nH2O(n=0.5至10))、和氧化镁水合物(MgOa·mH2O(a=0.8至1.2,m=0.5至10));以及水合氢氧化物,如氢氧化镁八水合物(magnesium hydroxide octahydrate)。碳化硼(B4C)可以合适地用作金属碳化物。以下材料可以合适地用作金属氮化物:氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、和氮化钛(TiN)。
以下材料可以合适地用作金属氟化物:氟化锂(LiF)、氟化铝(AlF3)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)和氟化镁。以下材料可以合适地用作磷酸盐化合物:磷酸三锂(Li3PO4)、磷酸镁、磷酸氢镁(magnesium hydrogenphosphate)、和聚磷酸铵(ammoniumpolyphosphate)。
矿物的实例包括硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、和氧化物矿物。根据晶体结构,将硅酸盐矿物分类为岛状硅酸盐矿物(岛硅酸盐矿物,nesosilicate mineral)、俦硅酸盐矿物(sorosilicate mineral)、环硅酸盐矿物、链硅酸盐矿物、层状硅酸盐(页硅酸盐)矿物和网硅酸盐矿物(tectosilicate mineral)。应注意的是,根据不同于晶体结构的分类标准,可以将一些硅酸盐矿物分类为被称为“石棉类(asbestos group)”的纤维状硅酸盐矿物。
岛状硅酸盐矿物是由分隔的Si-O四面体([SiO4]4-)形成的岛状形四面体的硅酸盐矿物。岛状硅酸盐矿物的实例包括橄榄石类和石榴石类(garnet group)。岛状硅酸盐矿物的具体实例包括橄榄石(Mg2SiO4(镁橄榄石(forsterite))和Fe2SiO4(铁橄榄石(fayalite))的连续固溶体)、硅酸镁(镁橄榄石(镁橄榄石),Mg2SiO4))、硅酸铝(Al2SiO5,硅线石、红柱石、蓝晶石)、硅酸锌(硅锌矿,Zn2SiO4)、硅酸锆(锆石,ZrSiO4)和莫来石(多铝红柱石,mullite)(3Al2O3·2SiO2至2Al2O3·SiO2)。
俦硅酸盐矿物是具有连接的Si-O四面体([Si2O7]6-,[Si5O16]12-)的组的结构类型的硅酸盐矿物的组。俦硅酸盐矿物的实例包括维苏威石(符山石,vesuvianite)和绿帘石(epidote)类。
环硅酸盐矿物是由Si-O四面体环([Si3O9]6-、[Si4O12]8-、[Si6O18]12-)形成的具有有限数量的键(三至六个键)的环形的硅酸盐矿物。环硅酸盐矿物的实例包括绿宝石(beryl)和电气石(tourmaline)。
链硅酸盐矿物是形成的纤维状硅酸盐矿物,使得Si-O四面体以链状([Si2O6]4-)和带状([Si3O9]6-、[Si4O11]6-、[Si5O15]10-、[Si7O21]14-)无限地连接。链硅酸盐矿物的实例包括辉石类(pyroxene group),如硅酸钙(硅灰石(硅灰石),CaSiO3),以及闪石类(amphibolegroup)。
层状硅酸盐矿物是形成的层状硅酸盐矿物,使得Si-O四面体([SiO4]4-)以网形连接。应注意的是,将随后描述层状硅酸盐矿物的具体实例。
网硅酸盐矿物是形成的三维网格结构类型的硅酸盐矿物,使得Si-O四面体([SiO4]4-)以网格形状三维地连接。网硅酸盐矿物的实例包括石英、长石类(feldspergroup)、沸石类,和铝硅酸盐(aM2O·bAl2O3·cSiO2·dH2O,其中“M”是金属元素并且“a”、“b”、“c”和“d”各自是1或更大的整数),如沸石(M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O,其中对“M”的定义相同,“n”是M的化合价,x≥2,并且y≥0)。
石棉类的实例包括温石棉(chrysotile)、铁石棉(amosite)和直闪石(anthophynite)。
碳酸盐矿物的实例包括白云石(白云岩,CaMg(CO3)2))和水滑石(Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O))。
氧化物矿物的实例包括尖晶石(MgAl2O4)。
其他矿物的实例包括钛酸锶(SrTiO3)。应注意的是,矿物可以是天然矿物或人造矿物。
应注意的是,在这些矿物之中,将一些矿物分类为粘土矿物。这样的粘土矿物的实例包括晶体的粘土矿物和非晶体的或类似晶体的粘土矿物。晶体的粘土矿物的实例包括层状硅酸盐矿物,在结构上与层状硅酸盐矿物相似的矿物,其他的硅酸盐矿物如硅酸盐矿物、和层状碳酸盐矿物。
层状硅酸盐矿物包括Si-O四面体片以及例如与四面体片结合的Al-O或Mg-O的八面体片。通常根据四面体片和八面体片的数目、八面体的阳离子数目、和层电荷将层状硅酸盐分类。应注意的是,在层状硅酸盐矿物中,可以利用例如有机铵离子代替全部的或一些中间层金属离子。
层状硅酸盐矿物的具体实例包括1:1的高岭石-蛇纹石族(kaolinite-serpentinegroup)、2:1的叶蜡石-滑石族、蒙脱石族、蛭石族、云母(云母)族、脆云母(脆云母)族、和绿泥石(绿泥石)族。
高岭石-蛇纹石族的实例包括温石棉、叶蛇纹石、利蛇纹石、高岭石(Al2Si2O5(OH)4)和地开石。叶蜡石-滑石族的实例包括滑石(Mg3Si4O10(OH)2)、镍滑石、和叶蜡石(叶蜡石,Al2Si4O10(OH)2)。蒙脱石族的实例包括皂石[(Ca/2,Na)0.33(Mg,Fe2+)3(Si,Al)4O10(OH)2·4H2O]、锂蒙脱石、锌蒙脱石、蒙脱石{(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O,应注意的是,将包含蒙脱石作为主要成分的粘土称为“斑脱土”}、贝得石和绿脱石(绿高岭石,nontolite)。云母(云母)族的实例包括白云母(白云母,KAl2(AlSi3)O10(OH)2)、绢云母(绢云母)、金云母(金云母)、黑云母、和锂云母(锂云母)。脆云母(脆云母)族的实例包括珍珠云母、绿脆云母、和钡铁脆云母。绿泥石(绿泥石)族的实例包括锂绿泥石、铝绿泥石、斜绿泥石、鲕绿泥石(chamosite)、和镍绿泥石。
结构上与层状硅酸盐相似的矿物的实例包括具有2:1带形结构的含水硅酸镁,该结构为用反向的一个层的顶部使以带形布置的四面体片的层连接至以带形布置的四面体片的邻近层。含水硅酸镁的实例包括海泡石(海泡石,Mg9Si12O30(OH)6(OH2)4·6H2O)和坡缕石。
其他硅酸盐矿物的实例包括多孔的铝硅酸盐,如沸石(M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O,其中“M”表示金属元素,“n”表示M的化合价,x≥2,y≥0),以及绿坡缕石[(Mg,Al)2Si4O10(OH)6H2O]。
层状碳酸盐矿物的实例包括水滑石(Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O))。
非晶体的或类似晶体的粘土矿物的实例包括bingeraito、伊毛缟石(Al2SiO3(OH))和水铝英石(allophane)。
可以单独地使用这些无机颗粒,或者可以以两种或多种的组合使用。无机颗粒也具有抗氧化性。在正极53和隔膜55之间提供了电解质层56的情况下,在充电中无机颗粒对在正极附近的氧化环境具有极大抗性。
固体颗粒可以是有机颗粒。形成有机颗粒的材料的实例包括三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸酯(melamine cyanurate)、三聚氰胺聚磷酸酯(melamine polyphosphate)、交联的聚甲基丙烯酸甲酯(交联的PMMA)、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酚醛树脂(phenol resin)、和环氧树脂(epoxyresin)。可以单独地使用这些颗粒,或者可以以两种或更多种的组合使用。
在这些固体颗粒之中,金属氢氧化物的颗粒和层状硅酸盐的颗粒是优选的,以便获得更佳的有利效果,并且勃姆石和氢氧化镁作为金属氢氧化物颗粒是更加优选的。
(固体颗粒的浓度)
为了获得更佳的有利效果,固体颗粒的浓度(还称为“固体颗粒浓度”)优选等于或高于1体积%且等于或低于50体积%,优选等于或高于2体积%且等于或低于40体积%,并且更加优选等于或高于3体积%且等于或低于30体积%。固体颗粒表现出打碎离子和溶剂的簇并且使阳离子和阴离子分离的效果,且出于该原因,更大的浓度是有效的。然而,极其大的浓度导致对离子渗透的抗性,且出于该原因,在以上描述的范围之内的浓度是优选的。
(固体颗粒浓度的测量)
以上描述的固体颗粒浓度是通过在2μm×2μm的观察视野(观察区域)的情况下总颗粒截面面积的面积百分数(“总颗粒截面面积”/“在观察视野内的面积”×100)(%)限定的固体颗粒体积浓度(体积%)。例如,使用SEM进行观察,并且可以通过对照相获得的图像的处理计算以上描述的面积。将对于几个点(通常四个点)获得的颗粒浓度的平均值作为固体颗粒浓度。应注意的是,利用电池中的电解质的固体颗粒的浓度分布,将在凹部浸渍区域A中对于几个点所获得的颗粒浓度的平均值作为固体颗粒浓度。
(固体颗粒的布置)
将包含在电解质中的固体颗粒布置在正极和隔膜之间的区域、负极和隔膜之间的区域、在正极活性物质层中的空隙、和在负极活性物质层中的空隙中的至少任一个中。电解质包含在正极和隔膜之间的区域中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质包含在负极和隔膜之间的区域中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质包含在正极活性物质层中的活性物质颗粒之中的空隙中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质包含在负极活性物质层中的活性物质颗粒之中的空隙中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。
(固体颗粒的优选布置)
可以布置包含在电解质中的固体颗粒以示出在电池中的浓度分布。在这种情况下,优选的是,将包含在电解质中的固体颗粒特别地布置为集中在电极和隔膜之间的区域中的凹部处,凹部是处于定位在电极活性物质层的最外表面部分中的邻近活性物质颗粒之间。在其中将固体颗粒布置在电极活性物质层中的空隙中的情况下,需要降低电解质自身的量,或者需要降低活性物质的量。出于这样的原因,电极活性物质层中的固体颗粒的高浓度布置不是始终有效的。此外,不是必要地将固体颗粒布置在电极和隔膜之间。这是因为,由于充足量的电解质以及电极之间的距离增加,存在没有离子损耗发生的缺点。即,在定位于电极活性物质层的最外表面部分的凹部(在电极活性物质层中的空隙的入口附近)处布置固体颗粒是最有效的,凹部是至其中锂离子需要最快速流动的部分。
参照图3A和3B将描述固体颗粒的优选布置。图3A和3B是在非水电解质电池内部的放大的部分示意性的截面视图。应注意未示出包含在活性物质层中的粘合剂、导电剂等。在这个实例中,布置包含在电解质中的固体颗粒,使得布置在电池中的预定区域(该区域包括在颗粒之间的凹部)中固体颗粒的浓度至少高于布置在电极中的空隙中的固体颗粒的浓度。
在如图3A所示的这种构造实例中,在隔膜55和负极活性物质层54B之间以及在负极活性物质层54B中(活性物质颗粒之间的空隙)的合适区域中,将如以上描述的固体颗粒的颗粒10布置为具有合适的浓度。在具有例如划分为负极侧凹部浸渍区域A、负极侧顶涂覆区域B、和负极侧深部区域C的三个区域的构造中,布置固体颗粒使得在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度高于在负极侧深部区域C中的颗粒浓度。进一步地,可以布置固体颗粒,使得在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度高于在负极侧顶涂覆区域B中的颗粒浓度。
此外,相似地,在如图3B所示的这种构造实例中,在隔膜55和正极活性物质层53B之间以及在正极活性物质层53B中(活性物质颗粒之间的空隙)的合适区域中,将如以上描述的固体颗粒的颗粒10布置为具有合适的浓度。在具有例如划分为正极侧凹部浸渍区域A、正极侧顶涂覆区域B、和正极侧深部区域C的三个区域的构造中,布置固体颗粒使得在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度高于在正极侧深部区域C中的颗粒浓度。进一步地,可以布置固体颗粒,使得在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度高于在正极侧顶涂覆区域B中的颗粒浓度。
(凹部浸渍区域A、顶涂覆区域B、和深部区域C)
例如,如下限定负极侧和正极侧凹部浸渍区域A、负极侧和正极侧顶涂覆区域B、和负极和正极深部区域C。
(凹部浸渍区域A)
(负极侧凹部浸渍区域)
负极侧凹部浸渍区域A是包含负极活性物质颗粒11作为负极活性物质的负极活性物质层54B的区域,该区域包括处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒11之间的凹部。凹部浸渍区域A浸渍有包含颗粒10的电解质。因此,负极侧凹部浸渍区域A填充有电解质。此外,负极侧凹部浸渍区域A包含颗粒10以作为包含在电解质中的固体颗粒。应注意的是,电解质可以是电解质凝胶或者由非水电解质溶液形成的液体电解质。
将图3A中所示的两个平行线L1、L2之间的区域内不包括负极活性物质颗粒11的截面的区域当作为包括容纳电解质和颗粒10的凹部的负极侧凹部浸渍区域A。如下绘制两个平行线L1、L2。在如图3A中所示的预定的视野范围(典型地,50μm的视野范围)之内观察隔膜55和负极活性物质层54B的截面以及隔膜55和负极活性物质层54B之间的区域的截面。在这样的视野中,绘制了垂直于隔膜55的厚度方向的两个平行线L1、L2。平行线L1是穿过负极活性物质颗粒11的截面图像的位置的线,该位置最接近于隔膜55。平行线L2是穿过容纳在邻近的负极活性物质颗粒11之间的凹部中的颗粒10的截面图像的最深部分的线。最深部分是指在其厚度方向上与隔膜55最远的位置。应注意的是,可以使用扫描电子显微镜(SEM)观察截面。
(正极侧凹部浸渍区域)
正极侧凹部浸渍区域A是包含正极活性物质颗粒12作为正极活性物质的正极活性物质层53B的区域,该区域包括处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒12之间的凹部。该凹部浸渍区域A浸渍有包含颗粒10作为固体颗粒的电解质。因此,正极侧凹部浸渍区域A填充有电解质。此外,正极侧凹部浸渍区域A包含颗粒10作为包含在电解质中的固体颗粒。应注意的是,电解质可以是电解质凝胶或者由非水电解质溶液形成的液体电解质。
将图3B中所示的两个平行线L1、L2之间的区域内不包括正极活性物质颗粒12的截面的区域当作为包括容纳电解质和颗粒10的凹部的正极侧凹部浸渍区域A。如下绘制两个平行线L1、L2。在如图3B中所示的预定的视野范围(典型地,50μm的视野范围)之内观察隔膜55和正极活性物质层53B的截面以及隔膜55和正极活性物质层53B之间的区域的截面。在这样的视野中,绘制了垂直于隔膜55的厚度方向的两个平行线L1、L2。平行线L1是穿过正极活性物质颗粒12的截面图像的位置的线,该位置最接近于隔膜55。平行线L2是穿过容纳在邻近的正极活性物质颗粒12之间的凹部中的颗粒10的截面图像的最深部分的线。注意的是,最深部分是指在其厚度方向上与隔膜55最远的位置。
(顶涂覆区域B)
(负极侧顶涂覆区域)
负极侧顶涂覆区域B是负极侧凹部浸渍区域A和隔膜55之间的区域。顶涂覆区域B填充有电解质。顶涂覆区域B包含颗粒10作为包含在电解质中的固体颗粒。应注意的是,顶涂覆区域B不是必需包含颗粒10。将包括在与图3A中所示的那些相似的预定观察视野中的以上描述的平行线L1和隔膜55之间的区域当作为负极侧顶涂覆区域B。
(正极侧顶涂覆区域)
正极侧顶涂覆区域B是正极侧凹部浸渍区域A和隔膜55之间的区域。顶涂覆区域B填充有电解质。顶涂覆区域B包含颗粒10以作为包含在电解质中的固体颗粒。应注意的是,顶涂覆区域B不是必需包含颗粒10。将包括在与图3B中所示的那些相似的预定观察视野中的以上描述的平行线L1和隔膜55之间的区域当作为正极侧顶涂覆区域B。
(深部区域C)
(负极侧深部区域)
负极侧深部区域C是在负极活性物质层54B中比负极侧凹部浸渍区域A更深的区域。在深部区域C中的负极活性物质颗粒11之间的空隙填充有电解质。深部区域C包括容纳在这样的电解质中的颗粒10。注意的是,深部区域C不是必需包含颗粒10。将包括在与图3A中所示的那些相似的预定观察视野中的除了凹部浸渍区域A和顶涂覆区域B之外的负极活性物质层54B的区域当作为负极侧深部区域C。例如,将包括在与图3A中所示的那些相似的预定观察视野中的以上描述的平行线L2和负极集电体54A之间的区域当作为负极侧深部区域C。
(正极侧深部区域)
正极侧深部区域C是在正极活性物质层53B中比正极侧凹部浸渍区域A更深的区域。在正极侧深部区域C中的正极活性物质颗粒12之间的空隙填充有电解质。深部区域C包括容纳在这样的电解质中的颗粒10。注意的是,深部区域C不是必需包含颗粒10。
将包括在与图3B中所示的那些相似的预定观察视野中的除了凹部浸渍区域A和顶涂覆区域B之外的正极活性物质层53B的区域当作为正极侧深部区域C。例如,将包括在与图3B中所示的那些相似的预定观察视野中的以上描述的平行线L2和正极集电体53A之间的区域当作为正极侧深部区域C。
(固体颗粒的粒径)
作为固体颗粒尺寸的粒径D50优选等于或小于活性物质颗粒的粒径D50。此外,作为固体颗粒尺寸的粒径D50更优选等于或大于0.1μm。作为固体颗粒尺寸的粒径D95优选等于或大于活性物质颗粒尺寸D50的倍。在凹部底部部分中的邻近活性物质颗粒之间的间隙接近于具有较大颗粒尺寸的颗粒,并且因此,可以降低由于过多固体颗粒进入至深部区域C中而导致的电池性能的不利效果。为了保持固体颗粒在凹部中以防止过多的固体颗粒进入电极中的空隙,因此优选布置比电极孔直径(electrode pore diameter)更大的固体颗粒。由于在电极表面层中的活性物质因压缩处于紧密填充的状态,所以能够穿过空隙孔的颗粒的直径通常可以高达活性物质粒径的倍。大于这样直径的固体颗粒没有进一步地进入内部。应注意,通常的情况是,在以上描述的尺寸的情况下,比表面积较小。趋势表示更大的粒径导致更小的比表面积。然而,不是所有颗粒尺寸必需是活性物质粒径的倍。只要存在尺寸等于或大于D95的一些颗粒,这样的颗粒有效地作为盖(lid),并且因此,有效地将许多颗粒以高浓度布置在表面凹部中,而不进入孔。由于凹部的尺寸比孔的尺寸更大,因此即使凹部被固体颗粒占据,电解质离子供应仍没有受到干扰。
(粒径的测量)固体粒径D50表示为,例如,对应于从较小的粒径侧测量的基于体积累积的粒径分布的50%的粒径,用在已经从包含固体颗粒的电解质中除去除了固体颗粒以外的其他组分之后,通过激光衍射测量固体颗粒的这种方式获得该粒径分布。此外,可以由如以上描述获得的基于体积累积的粒径分布获得对应于95%的粒径D95的值。活性物质粒径D50表示为对应于从较小的粒径侧测量的基于体积累积的粒径分布的50%的粒径,用在已经从包含活性物质颗粒的活性物质层中除去除了活性物质颗粒以外的其他组分之后,通过激光衍射测量活性物质颗粒的这种方式获得该粒径分布。
(固体颗粒的比表面积)
比表面积(m2/g)是由作为比表面积测量方法的BET测量的BET比表面积(m2/g)。固体颗粒的BET比表面积优选等于或大于1m2/g且等于或小于60m2/g。在以上描述值的范围内的BET比表面积是优选的,由于这样的BET比表面积可以提供更佳的有利效果。另一方面,趋势表示极其大的BET比表面积增大了电解质对固体颗粒的吸附作用,并且出于这样原因,降低对充电反应的贡献。应注意的是,例如,与以上相似,可以以这样的方式获得BET比表面积,即将已经从包含固体颗粒的电解质中除去除了固体颗粒之外的其他组分之后,测量固体颗粒。
应注意的是,包含固体颗粒的电解质层56可以仅仅形成在负极54的每个主表面上,并且可以涂覆不包含固体颗粒的电解质层56并且形成在正极53的每个主表面上。可以仅在负极侧凹部浸渍区域A、负极侧顶涂覆区域B、和负极侧深部区域C之中存在浓度差异。此外,可以布置固体颗粒使得至少在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度高于在负极侧深部区域C中的颗粒浓度,并且具有浓度差异的这些区域不必需形成在正极侧上。
相似地,包含固体颗粒的电解质层56可以仅仅形成在正极的每个主表面上,并且可以涂覆不包含固体颗粒的电解质层56并且形成在负极54的每个主表面上。可以仅在正极侧凹部浸渍区域A、正极侧顶涂覆区域B、和正极侧深部区域C之中存在浓度差异。此外,可以布置固体颗粒使得至少在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度高于在正极侧深部区域C中的颗粒浓度,并且具有浓度差异的这些区域不必需形成在负极侧上。
(1-2)非水电解质电池的实例的制造方法
例如,可以如下制造非水电解质电池的实例。
(正极的制造方法)
将正极活性物质、导电剂、和粘合剂混合在一起以制备正极混合物。将正极混合物分散在例如N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,并且因此,产生了以糊状形式的正极混合物浆料。然后,将正极混合物浆料涂覆到正极集电体53A,然后干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩并模制生成物以形成正极活性物质层53B。以这样的方式,产生了正极53。
(负极的制造方法)
将负极活性物质和粘合剂混合在一起以制备负极混合物。将负极混合物分散在例如N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,并且因此,产生了以糊状形式的负极混合物浆料。然后,将负极混合物浆料涂覆到负极集电体54A,然后干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩和模制生成物以形成负极活性物质层54B。在用这样的方式中,产生了负极54。
(非水电解质溶液的制备)
用将电解质盐溶解在非水溶剂中的方式制备非水电解质溶液。
(溶液涂覆)
将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、固体颗粒、和稀释溶剂(例如,碳酸二甲酯)的涂覆溶液涂覆至正极53和负极54中的每一个的两个主表面上,然后挥发稀释溶剂以形成电解质层56。
应注意,可以采用以下方法。可以将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、和稀释溶剂(例如,碳酸二甲酯)的涂覆溶液(涂覆溶液不包含颗粒)涂覆于正极53的每个主表面,并且用这样的方式,可以形成不包含固体颗粒的电解质层56。可替代地,相似地包含固体颗粒的电解质层56可以仅仅形成在负极54的每个主表面上,而没有在正极53的一个或两个主表面上形成电解质层56。作为另一种替代,可以将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、和稀释溶剂(例如,碳酸二甲酯)的涂覆溶液(涂覆溶液不包含颗粒)涂覆于负极54的每个主表面,并且用这样的方式,可以形成不包含固体颗粒的电解质层56。作为又一种替代,相似地包含固体颗粒的电解质层56可以仅仅形成在正极53的每个主表面上,而没有在负极54的一个或两个主表面上形成电解质层56。
(非水电解质电池的装配)
然后,通过焊接将正极引线51连接至正极集电体53A的端部,并且通过焊接将负极引线52连接至负极集电体54A的端部。
然后,利用插入在其之间的隔膜55,将形成有电解质层56的正极53和形成有电解质层56的负极54堆叠在彼此上,从而形成堆叠体(堆叠层)。在其纵向方向上卷绕这样的堆叠体,并且将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,形成了卷绕电极体50。
最终,卷绕电极体50夹在外部构件60之间,并且例如通过热熔合使外部构件60的外缘部分彼此紧密地接触以密封卷绕电极体50。此时,粘合膜61插入在正极引线51和负极引线52与外部构件60中的每一个之间。用这样的方式,完成了如在图1和2中所示的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
(正极和负极的生产,非水电解质溶液的制备)
如上述,生产了正极和负极,并且制备了非水电解质溶液。
(溶液涂覆)
在已经在加热状态下将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、固体颗粒、和稀释溶剂(例如,碳酸二甲酯)的涂覆溶液涂覆于正极53和负极54中的每一种的两个主表面上之后,挥发稀释溶剂以形成电解质层56。
由于在加热状态下涂覆涂覆溶液,所以在处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部以及在负极活性物质层54B中的深部区域C可以浸渍有包含固体颗粒的电解质。此时,通过在邻近颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,因此,在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度增加。这提供了在凹部浸渍区域A和深部区域C之间的颗粒浓度上的差异。相似地,由于在加热状态下涂覆涂覆溶液,所以处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部以及在正极活性物质层53B中的深部区域C可以浸渍有包含固体颗粒的电解质。此时,通过在邻近颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,因此,在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度增加。这提供了在凹部浸渍区域A和深部区域C之间的颗粒浓度上的差异。例如,用于将固体颗粒尺寸D95调节至等于或大于活性物质粒径D50的预定放大倍数的固体颗粒优选用作固体颗粒。例如,优选使用如下调节的固体颗粒:将具有等于或大于活性物质粒径D50的倍的粒径的颗粒作为一些固体颗粒添加,使得将固体颗粒尺寸D95调节至等于或大于活性物质粒径D50的倍。因此,在凹部底部部分中的颗粒之间的间隙填充有具有较大粒径的一些固体颗粒,为此,可以容易地过滤固体颗粒。
应注意,在已经涂覆涂覆溶液之后,刮去额外部分的涂覆溶液,因此,可以减小电极之间的距离的不必要膨胀。此外,由于刮去涂覆溶液表面,因此可以将更多固体颗粒布置在邻近活性物质颗粒之间的凹部中,并且可以降低在顶涂覆区域B中的固体颗粒的比率。
应注意,可以采用以下方法。可以将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、和稀释溶剂(例如,碳酸二甲酯)的涂覆溶液(不包含颗粒的涂覆溶液)涂覆在正极53的每个主表面上,并且用这样的方式,可以形成不包含固体颗粒的电解质层56。可替代地,相似地包含固体颗粒的电解质层56可以仅仅形成在负极54的每个主表面上,而没有在正极53的一个或两个主表面上形成电解质层56。作为另一种替代,可以将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、和稀释溶剂(例如,碳酸二甲酯)的涂覆溶液(涂覆溶液不包含颗粒)涂覆在负极54的每个主表面,并且用这样的方式,可以形成不包含固体颗粒的电解质层56。作为又一种替代,相似地包含固体颗粒的电解质层56可以仅仅形成在正极53的每个主表面上,而没有在负极54的一个或两个主表面上形成电解质层56。
(非水电解质电池的装配)
随后,通过与以上描述的那些相似的步骤完成如在图1和2中所示的非水电解质电池。
[变形例1-1]
第一实施方式的非水电解质电池可如下生产。这种生产方法与制造如以上描述的非水电解质电池的实例的方法相似,不同之处在于,在溶液涂覆步骤时,在用于制造非水电解质电池的实例的方法中,将涂覆溶液涂覆至隔膜55的至少一个主表面替代将涂覆溶液涂覆于正极53和负极54中的至少一种的两个表面。
[根据变形例1-1的用于制造非水电解质电池的方法]
(正极和负极以及隔膜的生产,非水电解质溶液的制备)
如在用于制造非水电解质电池的实例的方法中,生产了正极53和负极54以及隔膜55,并且制备了非水电解质溶液。
(溶液涂覆)
在将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、固体颗粒、和稀释溶剂(例如,碳酸二甲酯)的涂覆溶液涂覆至隔膜55的至少一个主表面之后,挥发稀释溶剂以形成电解质层56。
(非水电解质电池的装配)
然后,通过焊接将正极引线51连接至正极集电体53A的端部,并且通过焊接将负极引线52连接至负极集电体54A的端部。
然后,以其中形成有电解质层56的隔膜55插入在其之间的状态,将正极53和负极54堆叠在彼此上,从而形成堆叠体。在其纵向方向上卷绕这样的堆叠体,并且将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,形成了卷绕电极体50。
最终,深拉由层压膜形成的外部构件60,从而形成凹进部分,并且使卷绕电极体50插入于凹进部分中。将外部构件60的未处理部分弯回至凹进部分以上,然后,在凹进部分的外周处进行热熔合。此时,粘合膜61插入在正极引线51和负极引线52中的每一个和外部构件60之间。如以上描述的,获得期望的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
如以上描述的方法,生产卷绕电极体50。
(加热和加压步骤)
然后,将卷绕电极体50密封在封装材料如乳胶管中,并且在流体静压下进行热压。这使固体颗粒移动至处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。此外,固体颗粒移动至处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
然后,通过与以上描述的那些相似的步骤可以获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-2]
已经将使用电解质凝胶的构造实例描述为如以上描述的第一实施方式的非水电解质电池的实例。然而,代替电解质凝胶,可以使用电解质溶液作为液体电解质。在这种情况下,外部构件60填充有非水电解质溶液,并且以从卷绕电极体50省去电解质层56的这种方式获得的卷绕体浸渍有非水电解质溶液。在这种情况下,例如,非水电解质电池制造如下。
[根据变形例1-2的用于制造非水电解质电池的方法]
(正极和负极以及非水电解质溶液的制造)
如在用于制造非水电解质电池的实例的方法中,生产了正极53和负极54,并且制备了非水电解质溶液。
(固体颗粒层的涂覆和形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极54的至少一个主表面上之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,可以使用固体颗粒、粘合剂高分子化合物(树脂)和溶剂的混合物作为涂料。相似地,在通过例如涂覆法将已经如以上描述相似的涂料涂覆至正极53的两个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。
应注意,可以通过调节例如树脂类型、聚合度、和分子量改变在电解质溶液中的树脂的电解质溶液可吸收性以及树脂的溶解度和膨胀特性。在本说明书中,将在包含电解质溶液的固体颗粒层中带来以下状态的树脂称为“粘合剂高分子化合物”。该固体颗粒层包含在以下状态中的电解质溶液,在该状态中电解质溶液存在于由粘合剂高分子化合物和颗粒中的至少任一种形成的微孔(空隙)中。在这种情况下,固体颗粒层作用为隔膜。即,例如,固体颗粒层和隔膜一起插入正极和负极之间以防止两个电极活性物质之间的接触。如在隔膜中,固体颗粒层保持电解质溶液在微孔中以形成电极之间的离子传导通道。与以上描述的基体高分子化合物相似的类型可以用作为粘合剂高分子化合物的树脂类型。
(非水电解质电池的装配)
然后,通过焊接将正极引线51连接至正极集电体53A的端部,并且通过焊接将负极引线52连接至负极集电体54A的端部。
然后,利用插入在其之间的隔膜55将正极53和负极54堆叠在彼此上,然后,进行卷绕。将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,卷绕体形成为卷绕电极体50的前体。然后,卷绕体夹在外部构件60之间,并且将除了其一侧以外的外部构件60的外周缘部分以袋状热熔合。因此,将卷绕体容纳在外部构件60中。
然后,将非水电解质溶液注入至外部构件60中,并且卷绕体浸渍有非水电解质溶液。之后,在真空气氛下热熔合并且密封外部构件60的开口。在以上描述的方式中,获得期望的非水电解质二次电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
如上述,生产了正极53和负极54,并且制备了非水电解质溶液。
(固体颗粒层的涂覆和形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极54的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。在其上涂覆且形成有固体颗粒层的负极活性物质层54B的最外表面部分中,通过处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。相似地,在通过例如涂覆法将已经如以上描述相似的涂料涂覆至正极53的两个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。在其上涂覆并形成有固体颗粒层的正极活性物质层53B的最外表面部分中,通过处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。例如,用于将粒径D95调节至等于或大于粒径D50的预定放大倍数的固体颗粒优选用作固体颗粒。例如,优选使用如下调节的固体颗粒:将具有等于或大于粒径D50的倍的粒径的颗粒作为一些固体颗粒添加,使得将固体颗粒尺寸D95调节至等于或大于活性物质粒径D50的倍。因此,在凹部底部部分中的颗粒之间的间隙填充有具有较大粒径的一些颗粒,因此,可以容易地过滤固体颗粒。
应注意,在已经涂覆和形成每个固体颗粒层之后,刮去额外部分的涂料,从而,可以减小电极之间的距离的不必要膨胀。此外,由于刮去涂覆的涂料表面,所以可以将更多固体颗粒布置在邻近的活性物质颗粒之间的凹部中,并且可以降低在顶涂覆区域B中的固体颗粒的比率。因此,可以将大部分的固体颗粒密集地布置在凹部浸渍区域中。
(非水电解质电池的装配)
随后,通过与以上描述的那些相似的步骤获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-3]
第一实施方式的非水电解质电池可如下生产。
[根据变形例1-3的用于制造非水电解质电池的方法]
(正极和负极的生产)
如在用于制造非水电解质电池的实例的方法中,生产了正极53和负极54。
(固体颗粒层的涂覆和形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极54的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。相似地,使固体颗粒层形成在正极53的至少一个主表面上。
(电解质组合物的制备)
然后,制备包含非水电解质溶液、作为高分子化合物原材料的单体、聚合引发剂、以及如必要的其他材料如聚合抑制剂的电解质组合物。
(非水电解质电池的装配)
然后,通过焊接将正极引线51连接至正极集电体53A的端部,并且通过焊接将负极引线52连接至负极集电体54A的端部。
然后,利用插入在其之间的隔膜55将正极53和负极54堆叠在彼此上,然后,进行卷绕。将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,卷绕体形成为卷绕电极体50的前体。然后,卷绕体夹在外部构件60之间,并且将除了其一侧以外的外部构件60的外周缘部分以袋状热熔合。因此,将卷绕体容纳在外部构件60内。
然后,将电解质组合物注入袋状外部构件60中,并且通过例如热熔合密封外部构件60。然后,通过例如热聚合反应使单体聚合。从而,形成高分子化合物,并且因此,形成电解质层56。用以上描述的方式,获得预期的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
如上述,生产了正极53和负极54。
(固体颗粒层的涂覆和形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极54的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。在其上涂覆并形成有固体颗粒层的负极活性物质层54B的最外表面部分中,通过处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。相似地,在通过例如涂覆法已经将与以上描述相似的涂料涂覆至正极53的两个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。在其上涂覆并形成有固体颗粒层的正极活性物质层53B的最外表面部分中,通过处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,并且因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。例如,将粒径D95调节至等于或大于粒径D50的预定放大倍数的固体颗粒优选用作固体颗粒。例如,优选使用如下调节的固体颗粒:将具有等于或大于粒径D50的倍的粒径的颗粒作为一些固体颗粒添加,使得将固体颗粒尺寸D95调节至等于或大于活性物质粒径D50的倍。因此,在凹部底部部分中的颗粒之中的间隙填充有具有较大粒径的一些颗粒,并且因此,可以容易地过滤固体颗粒。
应注意,在已经涂覆并形成每个固体颗粒层之后,刮去额外部分的涂料,并且因此,可以减小电极之间的距离的不必要膨胀。此外,由于刮去了涂覆的涂料表面,可以将更多固体颗粒布置在邻近的活性物质颗粒之间的凹部中,并且可以降低在顶涂覆区域B中的固体颗粒的比率。因此,可以将大部分的固体颗粒密集地布置在凹部浸渍区域中。
随后,通过与以上描述的那些相似的步骤获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-4]
第一实施方式的非水电解质电池可如下生产。
[根据变形例1-4的用于制造非水电解质电池的方法]
(正极和负极的生产,非水电解质溶液的制备)
首先,如在用于制造非水电解质电池的方法的实例中,生产了正极53和负极54,并且制备了非水电解质溶液。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极54的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。相似地,使固体颗粒层形成在正极53的至少一个主表面上。
(基体树脂层的形成)
然后,已经将包含非水电解质溶液、基体高分子化合物、和例如N-甲基-2-吡咯烷酮的分散性溶剂的涂覆溶液涂覆至隔膜55的至少一个主表面,通过例如干燥形成基体树脂层。
(非水电解质电池的装配)
然后,利用插入在其之间的隔膜55将正极53和负极54堆叠在彼此上,从而,形成堆叠体。在其纵向方向上卷绕这样的堆叠体,并且将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,形成了卷绕电极体50。
然后,深拉由层压膜形成的外部构件60,使得形成凹进部分,并且使卷绕电极体50插入凹进部分中。将外部构件60的未处理部分弯回至凹进部分以上,然后,在除了部分(例如,一侧)以外的凹进部分的其他外周部分处进行热熔合。此时,粘合膜61插入在正极引线51和负极引线52中的每一个与外部构件60之间。
随后,通过其未熔合部分将非水电解质溶液注入至外部构件60中,然后,通过例如热熔合密封外部构件60的这种未熔合部分。此时,通过真空密封,基体树脂层浸渍有非水电解质溶液,并且基体高分子化合物被膨胀(溶胀)。用这样的方式,形成电解质层56。从而,获得了预期的非水电解质电池。
(调节固体颗粒浓度的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
(正极和负极的生产,非水电解质溶液的制备)
如上述,生产了正极53和负极54,并且制备了非水电解质溶液。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极54的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。在其上涂覆并形成有固体颗粒层的负极活性物质层54B的最外表面部分中,通过处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,并且因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。相似地,在通过例如涂覆法已经将与以上描述相似的涂料涂覆至正极53的两个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。在其上涂覆并形成有固体颗粒层的正极活性物质层53B的最外表面部分中,通过处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,并且因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。例如,将粒径D95调节至等于或大于粒径D50的预定放大倍数的固体颗粒优选用作固体颗粒。例如,优选使用如下调节的固体颗粒:将具有等于或大于粒径D50的倍的粒径的颗粒作为一些固体颗粒添加,使得将固体颗粒尺寸D95调节至等于或大于活性物质粒径D50的倍。因此,在凹部底部部分中的颗粒之间的间隙填充有具有较大粒径的一些颗粒,为此,可以容易地过滤固体颗粒。
应注意,在已经涂覆和形成每个固体颗粒层之后,刮去额外部分的涂料,并且因此,可以减小电极之间的距离的不必要膨胀。此外,由于刮去涂覆的涂料表面,可以将更多固体颗粒布置在邻近的活性物质颗粒之间的凹部中,并且可以降低在顶涂覆区域B中的固体颗粒的比率。因此,可以将大部分的固体颗粒密集地布置在凹部浸渍区域中。
随后,通过与以上描述的那些相似的步骤获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-5]
已经将使用电解质凝胶的构造实例描述为以上的第一实施方式。然而,代替电解质凝胶,可以使用电解质溶液作为液体电解质。在这种情况下,外部构件60填充有非水电解质溶液,并且以从卷绕电极体50省去电解质层56的这种方式获得的卷绕体浸渍有非水电解质溶液。在这种情况下,例如,非水电解质电池制造如下。
[根据变形例1-5的用于制造非水电解质电池的方法]
(正极和负极的生产,非水电解质溶液的制备)
首先,如在用于制造非水电解质电池的方法的实例中,生产了正极53和负极54,并且制备了非水电解质溶液。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至隔膜55的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,可以使用固体颗粒、粘合剂高分子化合物(树脂)和溶剂的混合物作为涂料。
(非水电解质电池的装配)
然后,利用插入在其之间的隔膜55将正极53和负极54堆叠在彼此上,然后,进行卷绕。将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,卷绕体形成为卷绕电极体50的前体。
然后,卷绕体夹在外部构件60之间,并且将除了其一侧以外的外部构件60的其他外周缘部分以袋状热熔合。因此,卷绕体容纳在外部构件60内。然后,制备非水电解质溶液并将其注射入外部构件60中。在卷绕体已经浸渍有非水电解质溶液之后,在真空气氛下热熔合并且密封外部构件60的开口。在以上描述的方式中,获得预期的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
首先,如上述,生产了正极53和负极54,并且制备了非水电解质溶液。随后,如上述形成卷绕体。
(加热和加压步骤)
然后,在将电解质溶液注入至外部构件60中之前,将卷绕体密封在封装材料如乳胶管中,并在流体静压下进行热压。这使得固体颗粒移动至处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。此外,固体颗粒移动至处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
随后,通过与以上描述的那些相似的步骤可以获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-6]
第一实施方式的非水电解质电池可如下生产。
[根据变形例1-6的用于制造非水电解质电池的方法]
(正极和负极的生产)
首先,如在用于制造非水电解质电池的方法的实例中,生产了正极53和负极54。
(电解质组合物的制备)
然后,制备了包含非水电解质溶液、作为高分子化合物原材料的单体、聚合引发剂、以及如必要的其他材料如聚合抑制剂的电解质组合物。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至隔膜55的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,可以使用固体颗粒、粘合剂高分子化合物(树脂)和溶剂的混合物作为涂料。
(非水电解质电池的装配)
然后,通过焊接将正极引线51连接至正极集电体53A的端部,并且通过焊接将负极引线52连接至负极集电体54A的端部。然后,利用插入在其之间的隔膜55将正极53和负极54堆叠在彼此上,然后,进行卷绕。将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,卷绕体形成为卷绕电极体50的前体。
然后,卷绕体夹在外部构件60之间,并且将除了其一侧以外的外部构件60的其他外周缘部分以袋状热熔合。因此,卷绕体容纳在外部构件60内。
然后,将电解质组合物注入至袋状外部构件60中,并且通过例如热熔合密封外部构件60。然后,通过例如热聚合反应使单体聚合。从而,形成高分子化合物,因此,形成电解质层56。用以上描述的方式,获得预期的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
首先,如上述,卷绕体形成为卷绕电极体50的前体。
(加热和加压步骤)
然后,在将非水电解质溶液注入至外部构件60中之前,将卷绕体密封在封装材料如乳胶管中,并在流体静压下进行热压。这使得固体颗粒移动至处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。此外,固体颗粒移动至处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
随后,通过与以上描述的那些相似的步骤可以获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-7]
第一实施方式的非水电解质电池可如下生产。
[根据变形例1-7的用于制造非水电解质电池的方法]
(正极和负极的生产)
首先,如在用于制造非水电解质电池的实例的方法中,生产了正极53和负极54。然后,将固体颗粒和基体高分子化合物涂覆至隔膜55的至少一个主表面,然后,进行干燥。用这样的方式,形成基体树脂层。
(非水电解质电池的装配)
然后,利用插入在其之间的隔膜55将正极53和负极54堆叠在彼此上,从而,形成堆叠体。在其纵向方向上卷绕这样的堆叠体,并且将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,形成了卷绕电极体50。
然后,深拉由层压膜形成的外部构件60,使得形成凹进部分,并且使卷绕电极体50插入凹进部分中。将外部构件60的未处理部分弯回至凹进部分以上,然后,在除了其部分(例如,一侧)以外的凹进部分的外周部分处进行热熔合。此时,粘合膜61插入在正极引线51和负极引线52中的每一个与外部构件60之间。
随后,通过其未熔合部分将非水电解质溶液注入至外部构件60中,然后,通过例如热熔合密封外部构件60的这样的未熔合部分。此时,通过真空密封,基体树脂层浸渍有非水电解质溶液,并且基体高分子化合物被膨胀(溶胀)。以这样的方式,形成电解质层56。从而,获得了预期的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了调节固体颗粒布置,非水电解质电池可如下生产。
首先,如上述,生产了卷绕电极体50。
(加热和加压步骤)
然后,将卷绕电极体50密封在封装材料如乳胶管中,并且在流体静压下进行热压。这使得固体颗粒移动至处于定位在负极活性物质层54B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。此外,固体颗粒移动至处于定位在正极活性物质层53B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
然后,深拉由层压膜形成的外部构件60,使得形成凹进部分,并且使卷绕电极体50插入凹进部分中。将外部构件60的未处理部分弯回至凹进部分以上,然后,在除了其部分(例如,一侧)以外的凹进部分的外周部分处进行热熔合。此时,粘合膜61插入在正极引线51和负极引线52中的每一个与外部构件60之间。
随后,通过其未熔合部分将非水电解质溶液注入至外部构件60中,然后,通过例如热熔合密封外部构件60的这样的未熔合部分。此时,通过真空密封,基体树脂层浸渍有非水电解质溶液,并且基体高分子化合物被膨胀。以这样的方式,形成电解质层56。从而,获得了预期的非水电解质电池。
[变形例1-8]
已经将使用电解质凝胶的构造实例描述为以上的第一实施方式。然而,代替电解质凝胶,可以使用电解质溶液作为液体电解质。在这种情况下,卷绕电极体50浸渍有填充外部构件60的非水电解质溶液。在这种情况下,例如,非水电解质电池制造如下。
[根据变形例1-8的用于制造非水电解质电池的方法]
首先,按照如下将固体颗粒包含在每个电极的活性物质层中。应注意,下文中将描述固体颗粒包含在两个电极的活性物质层中的实例,但是固体颗粒可以仅仅容纳在负极活性物质层中。可替代地,固体颗粒可以仅仅容纳在正极活性物质层中。
[制造正极的方法]
将正极活性物质、导电剂、粘合剂、和固体颗粒混合在一起以制备正极混合物。将正极混合物分散在例如,N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,从而,产生了糊状形式的正极混合物浆料。然后,将正极混合物浆料涂覆至正极集电体53A,然后干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩和模制生成物以形成正极活性物质层53B。以这样的方式,产生了正极53。
[制造负极的方法]
将负极活性物质、粘合剂、和固体颗粒混合在一起以制备负极混合物。将负极混合物分散在例如,N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,从而,产生了糊状形式的负极混合物浆料。然后,将负极混合物浆料涂覆至负极集电体54A,然后干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩和模制生成物以形成负极活性物质层54B。以这样的方式,产生了负极54。
(非水电解质电池的装配)
然后,通过焊接将正极引线51连接至正极集电体53A的端部,并且通过焊接将负极引线52连接至负极集电体54A的端部。然后,利用插入在其之间的隔膜55将正极53和负极54堆叠在彼此上,然后,进行卷绕。将保护带57结合至卷绕堆叠体的最外部分。从而,卷绕体形成为卷绕电极体50的前体。
然后,卷绕体夹在外部构件60之间,并且将除了其一侧外的外部构件60的外周缘部分以袋状热熔合。因此,卷绕体容纳在外部构件60内。然后,制备非水电解质溶液,并将其注入至外部构件60中。在卷绕体已经浸渍有非水电解质溶液之后,在真空气氛下热熔合并且密封外部构件60的开口。在以上描述的方式中,获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-9]
第一实施方式的非水电解质电池可如下生产。首先,按照如下将固体颗粒包含在每个电极的活性物质层中。应注意,下文将描述固体颗粒包含在两个电极的活性物质层中的实例,但是固体颗粒可以仅仅容纳在一个电极(负极或正极)的活性物质层中。
(制造正极的方法)
如在变形例1-8中,生产了正极53。因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
(制造负极的方法)
如在变形例1-8中,生产了负极54。因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
(电解质组合物的制备)
然后,制备了包含非水电解质溶液、作为高分子化合物原材料的单体、聚合引发剂、以及如必要的其他材料如聚合抑制剂的电解质组合物。
(非水电解质电池的装配)
然后,如在变形例1-8中,卷绕体形成为卷绕电极体50的前体。然后,卷绕体夹在外部构件60之间,并且将除了其一侧外的外部构件60的其他外周缘部分以袋状热熔合。因此,将卷绕体容纳在外部构件60内。
然后,在将电解质组合物注入至袋状外部构件60中之后,通过例如热熔合密封外部构件60。然后,通过例如热聚合反应使单体聚合。从而,形成高分子化合物,因此,形成电解质层56。在以上描述的方式中,获得预期的非水电解质电池。
[变形例1-10]
配置非水电解质电池,使得卷绕电极体50包围有已经在第一实施方式和变形例1-1至1-9的实例中描述的外部构件60。然而,如图4A至4C中所示,可以将多层电极体70用来代替卷绕电极体50。图4A是容纳多层电极体70的非水电解质电池的外部视图。图4B是在其中多层电极体70容纳在外部构件60中的状态的分解透视图。图4C是图4A的非水电解质电池的来自底部侧的外观的外部视图。
使用了多层电极体70,其配置为使得利用插入在其之间的矩形隔膜75,使矩形正极73和矩形负极74堆叠在彼此上,并且利用固定构件76将其固定在一起。应注意,尽管在图中未示出,但是在形成电解质层的情况下,提供电解质层以接触正极73和负极74。例如,在正极73和隔膜75之间以及在负极74和隔膜75之间提供了电解质层(未示出)。这样的电解质层与以上描述的电解质层56相似。连接到正极73的正极引线71以及连接到负极74的负极引线72突出在多层电极体70以外,并且在正极引线71和负极引线72中的每一个与外部构件60之间提供了粘合膜61。
应注意,用于制造非水电解质电池的方法与如以上描述的第一实施方式和变形例1-1至1-9的实例中的那些相似,不同之处在于,代替卷绕电极体50生产了多层电极体且代替卷绕体生产了堆叠体(其中从多层电极体70省去了电解质层的构造)。
2.第二实施方式
在本技术的第二实施方式中,将描述圆柱形非水电解质电池(电池)。例如,这样的非水电解质电池是能够进行充电/放电的非水电解质二次电池。可替代地,例如,该非水电解质电池是锂离子二次电池。
(2-1)非水电解质电池的实例的构造
图5是第二实施方式的非水电解质电池的实例的截面视图。这样的非水电解质电池被称为“圆柱型”,并且配置为使得基本上中空的圆柱形电池壳81与未示出的液体非水电解质(根据需要在下文中称为“非水电解质溶液”)一起容纳以利用插入在其之间的隔膜93卷绕的带状正极91和带状负极92的这种方式形成的卷绕电极体90。
电池壳81由例如镀镍的铁制成。电池壳81的一个端部是封闭的,且电池壳81的另一端部是打开的。在电池壳81中,将一对绝缘板82a、82b布置为垂直于卷绕体外周表面以将卷绕电极体90夹在之间。
电池壳81的材料的实例包括铁(Fe)、镍(Ni)、不锈钢(SUS)、铝(Al)、和钛(Ti)。电池壳81可以镀有例如镍,以便防止由于在非水电解质电池的充电/放电中电化学非水电解质溶液引起的腐蚀。将作为正极引线板的电池盖83、安全阀机构、和热敏电阻元件(正温度系数(PTC)元件)87通过用于绝缘体密封的垫圈88锻制(swage)在电池壳81的开口端部,安全阀机构和热敏电阻元件87提供在电池盖83内。
例如,电池盖83由与电池壳81的材料相似的材料制成。电池盖83提供有用于排出在电池内产生的气体的开口。配置安全阀机构使得安全阀84、盘支架(disc holder)85、和阻断盘(shut-off disc)86以这样的顺序堆叠在彼此上。通过设置以覆盖在阻断盘86的中心处形成的孔86a的子盘89,将安全阀84的突出部84a连接到突出在卷绕电极体90以外的正极引线95。由于通过子盘89将安全阀84和正极引线95连接在一起,在安全阀84反转时,防止正极引线95被牵引至孔86a中。此外,安全阀机构通过热敏电阻元件87电连接至电池盖83。
配置安全阀机构,使得当由于例如电池短路或者从电池外部加热而使得非水电解质电池的内部压力达到等于或高于一定水平时,使安全阀84翻转以用于在突出部84a、电池盖83、和卷绕电极体90之间电切断。即,当将安全阀84翻转时,阻断盘86压缩正极引线95以使安全阀84和正极引线95相互断开。盘支架85是由绝缘材料形成的。当安全阀84翻转时,安全阀84和阻断盘86相互绝缘。
此外,当在电池中产生更多的气体以进一步地增加电池的内部压力时,部分的安全阀84是可断裂的,因此可以从电池盖83侧排出气体。
此外,例如,多个排气孔(未显示)提供在阻断盘86的孔86a的外周。当气体从卷绕电极体90产生时,气体可以有效地从电池盖83侧排出。
热敏电阻元件87配置为随着温度升高而增加电阻值,并且使电池盖83和卷绕电极体90相互电断开以切断电流,从而防止由于过大电流产生的异常发热。由例如绝缘材料形成垫圈88,并且将沥青涂覆在垫圈88的表面。
容纳在非水电解质电池内的卷绕电极体90卷绕在中心销94周围。卷绕电极体90形成如下:利用插入在其之间的隔膜93以这种顺序堆叠正极91和负极92,然后,在其纵向方向上卷绕这样的堆叠体。正极引线95连接至正极91,且负极引线96连接至负极92。如以上描述的,将正极引线95焊接至安全阀84,且电连接至电池盖83。将负极引线96焊接和电连接至电池壳81。
图6是在图5中示出的卷绕电极体90的放大的部分视图。
以下将详细地描述正极91、负极92和隔膜93。
[正极]
配置正极91,使得包含正极活性物质的正极活性物质层91B形成在正极集电体91A的每个表面上。尽管未示出,但是正极91可以具有仅在正极集电体91A的一个表面上形成有正极活性物质层91B的区域。例如,可以将金属箔如铝(Al)箔、镍(Ni)箔、或不锈钢(SUS)箔用作正极集电体91A。
正极活性物质层91B包含能够存储和释放锂的任何正极材料中的一种或多种作为正极活性物质。如必要的话,正极活性物质层91B可以包含其他材料,如粘合剂和导电剂。应注意,可以将与第一实施方式的那些相似的材料用作正极活性物质、导电剂、和粘合剂。
正极91包括通过点焊或超声焊接连接至正极集电体91A的一个端部的正极引线95。优选由网格形状的金属箔形成正极引线95。然而,只要可以获得电化学的和化学的稳定性及导电性,那么不必须使用金属。正极引线95的材料的实例包括铝(Al)和镍(Ni)。
[负极]
负极92具有这样的结构,例如,负极活性物质层92B形成在具有一对相对表面的负极集电体92A的每个表面上。应注意,尽管未示出,但是负极92可以具有仅在负极集电体92A的一个表面上形成有负极活性物质层92B的区域。由例如金属箔如铜箔形成负极集电体92A。
负极活性物质层92B包含能够存储和释放锂的任何负极材料中的一种或多种作为负极活性物质。如必要的话,负极活性物质层92B可以包含与正极活性物质层91B的那些相似的其他材料如粘合剂和导电剂。应注意,可以将与第一实施方式的那些相似的材料用作负极活性物质、导电剂、和粘合剂。
[隔膜]
隔膜93与第一实施方式的隔膜55相似。
[非水电解质溶液]
非水电解质溶液与第一实施方式的相似。
(固体颗粒的布置)
将包含在电解质中的固体颗粒布置在正极和隔膜之间的区域、负极和隔膜之间的区域、在正极活性物质层中的空隙、以及在负极活性物质层中的空隙中的至少任一个中。也就是,电解质包含在正极和隔膜之间的区域中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质包含在负极和隔膜之间的区域中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质包含在正极活性物质层中的活性物质颗粒之间的空隙中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质包含在负极活性物质层中的活性物质颗粒之间的空隙中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。
(固体颗粒的优选布置)
尽管未示出,但是将固体颗粒优选布置在非水电解质电池中,使得在与第一实施方式中描述的图3A和图3B的构造中省略了电解质层56的构造的那些相似的区域中存在浓度差。也就是,布置固体颗粒,使得在负极侧凹部浸渍区域A、负极侧顶涂覆区域B、和负极侧深部区域C之间存在浓度差,并且在凹部浸渍区域A中的颗粒浓度至少高于在负极侧深部区域C中的颗粒浓度。此外,布置固体颗粒,使得在正极侧凹部浸渍区域A、正极侧顶涂覆区域B、和正极侧深部区域C之中存在浓度差,并且在凹部浸渍区域A中的颗粒浓度至少高于在正极侧深部区域C中的颗粒浓度。
(2-2)制造非水电解质电池的方法
(制造正极的方法,制造负极的方法)
如在第一实施方式中,生产了正极91和负极92。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极92的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。相似地,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至正极93的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。应注意,固体颗粒层可以至少形成在一个电极(正极92或负极93)的一个主表面上。
(隔膜的制造方法)
然后,制备隔膜93。
(非水电解质溶液的制备)
用将电解质盐溶解在非水溶剂中的方式制备非水电解质溶液。
(非水电解质电池的装配)
通过焊接将正极引线95连接至正极集电体91A,并且通过焊接将负极引线96连接至负极集电体92A。随后,利用插入在其之间的隔膜93,卷绕正极91和负极92,从而,形成卷绕电极体90。
将正极引线95的尖端部焊接至安全阀机构,且将负极引线96的尖端部焊接至电池壳81。然后,将卷绕电极体90容纳在电池壳81内,其中卷绕电极体90的卷绕表面夹在一对绝缘板82a、82b之间。在将卷绕电极体90容纳在电池壳81内之后,将非水电解质溶液注入至电池壳81内,并且隔膜93浸渍有非水电解质溶液。此后,锻制电池盖83、包括安全阀84等的安全阀机构、和热敏电阻元件87,并且通过垫圈88固定至电池壳81的开口端部。因此,形成了如在图5中示出的本技术的非水电解质电池。
在该非水电解质电池的充电中,例如,从正极活性物质层91B释放锂离子,并且使锂离子通过浸渍隔膜93的非水电解质溶液存储在负极活性物质层92B中。此外,在放电中,例如,从负极活性物质层92B释放锂离子,并且通过浸渍隔膜93的非水电解质溶液使锂离子存储在正极活性物质层91B中。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
(制造正极的方法,制造负极的方法)
如在第一实施方式中,生产了正极91和负极92。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极92的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。在其上涂覆且形成有固体颗粒层的负极活性物质层92B的最外表面部分上,通过处于定位在负极活性物质层92B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,并且因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。相似地,例如,通过涂覆法使固体颗粒层形成在正极91的每个主表面上。在其上涂覆且形成有固体颗粒层的正极活性物质层91B的最外表面部分中,通过处于定位在正极活性物质层91B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。将粒径D95调节至等于或大于粒径D50的预定放大倍数的固体颗粒优选用作固体颗粒。例如,优选使用如下调节的固体颗粒:将具有等于或大于粒径D50的倍的粒径的颗粒作为一些固体颗粒添加,使得将固体颗粒尺寸D95调节至等于或大于活性物质粒径D50的倍。因此,在凹部底部部分中的间隙填充有具有较大粒径的一些颗粒,并且因此,可以容易地过滤固体颗粒。应注意,固体颗粒层可以至少形成在一个电极(正极92或负极93)的一个主表面上。
应注意,在涂覆和形成每个固体颗粒层之后,刮去额外部分的涂料,并且因此,可以减小电极之间的距离的不必要膨胀。此外,由于刮去涂覆的涂料表面,可以将更多颗粒送至在邻近的活性物质颗粒之间的凹部中,并且可以降低在顶涂覆区域B中的颗粒的比率。因此,可以将大部分的固体颗粒密集地布置在凹部浸渍区域中。
(制造隔膜的方法)
然后,制备隔膜93。
(非水电解质溶液的制备)
用将电解质盐溶解在非水溶剂中的方式制备非水电解质溶液。
(非水电解质电池的装配)
然后,通过焊接将正极引线95连接至正极集电体91A,并且通过焊接将负极引线96连接至负极集电体92A。随后,利用插入在其之间的隔膜93卷绕正极91和负极92,从而,形成卷绕电极体90。
将正极引线95的尖端部焊接至安全阀机构,且将负极引线96的尖端部焊接至电池壳81。然后,将卷绕电极体90容纳在电池壳81内,其中卷绕电极体90的卷绕表面夹在一对绝缘板82a、82b之间。在使卷绕电极体90容纳在电池壳81内之后,将非水电解质溶液注入至电池壳81内,并且隔膜93浸渍有非水电解质溶液。此后,锻制电池盖83、包括安全阀84等的安全阀机构、和热敏电阻元件87,并且通过垫圈88固定至电池壳81的开口端部。因此,形成了如在图5中示出的本技术的非水电解质电池。
在该非水电解质电池的充电中,例如,从正极活性物质层91B释放锂离子,并且通过浸渍隔膜93的非水电解质溶液使锂离子存储在负极活性物质层92B中。此外,在放电中,例如,从负极活性物质层92B释放锂离子,并且通过浸渍隔膜93的非水电解质溶液使锂离子存储在正极活性物质层91B中。
[变形例2-1]
第二实施方式的非水电解质电池可如下生产。
(正极和负极的生产)
如在非水电解质电池的实例中,生产了正极91和负极92。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至隔膜93的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。
(非水电解质电池的装配)
然后,如在非水电解质电池的实例中,形成了卷绕电极体90。
如以上描述的实例,通过随后步骤可以获得预期的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
(正极和负极的生产)
首先,如在非水电解质电池的实例中,生产了正极91和负极92。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至隔膜93的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。
(非水电解质电池的装配)
然后,如在非水电解质电池的实例中,形成了卷绕电极体90。
(加热和加压步骤)
在将卷绕电极体90容纳在电池壳81内之前,将卷绕电极体90密封在封装材料如乳胶管中,并且在流体静压下进行热压。这使得固体颗粒移动至处于定位在负极活性物质层92B的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部,并且因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。此外,固体颗粒移动至处于定位在正极活性物质层91B的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,并且因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
如以上描述的实例,通过随后步骤可以获得预期的非水电解质电池。
[变形例2-2]
第二实施方式的非水电解质电池可如下生产。
首先,按照如下将固体颗粒包含在每个电极的活性物质层中。应注意,如下将描述固体颗粒包含在两个电极的活性物质层中的实例,但是固体颗粒可以仅仅容纳在一个电极(负极或正极)的活性物质层中。
(制造正极的方法)
将正极活性物质、导电剂、粘合剂、和固体颗粒混合在一起以制备正极混合物。将正极混合物分散在例如,N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,从而,产生了糊状形式的正极混合物浆料。然后,将正极混合物浆涂覆至正极集电体91A,然后干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩和模制生成物以形成正极活性物质层91B。以这样的方式,生产了正极91。
(制造负极的方法)
将负极活性物质、粘合剂、和固体颗粒混合在一起以制备负极混合物。将负极混合物分散在例如,N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,从而,产生了糊状形式的负极混合物浆料。然后,将负极混合物浆料涂覆至负极集电体92A,然后干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩和模制生成物以形成负极活性物质层92B。以这样的方式,生产了负极92。
(非水电解质电池的装配)
然后,如在非水电解质电池的实例中,生产了卷绕电极体90。然后,通过相似的随后的步骤,获得了预期的非水电解质电池。
3.第三实施方式
在第三实施方式中,将描述矩形的非水电解质电池。
(3-1)非水电解质电池的实例的构造
图7示出了第三实施方式的非水电解质电池的实例的构造。这样的非水电解质电池被称为“矩形类型”,并且将其配置使得卷绕电极体120容纳在矩形外壳111内。
例如,非水电解质电池包括矩形圆柱形外壳111、容纳在外壳111内的作为发电元件的卷绕电极体120、配置为封闭外壳111的开口的电池盖112、以及提供在电池盖112的基本上中心处的电极销113。
例如,外壳111作为具有封闭底部的中空的矩形圆柱体由具有导电性的金属如铁(Fe)制成。外壳111的内表面优选镀有镍或者涂覆有导电涂料,从而增加外壳111的导电性。此外,例如,外壳111的外周表面可以覆盖有由塑料片或纸形成的外部标签,或者可以涂覆有用于保护的绝缘涂料。如在外壳111中,电池盖112由具有导电性的金属如铁(Fe)制成。
如下获得卷绕电极体120:利用插入在其之间的隔膜使正极和负极堆叠在彼此上,然后,以细长的硬币形卷绕这样的堆叠体。由于正极和负极、隔膜、和非水电解质溶液与第一实施方式的那些相似,因此将不再重复其详细说明。
具有以上描述的构造的卷绕电极体120提供有连接到正极集电体的多个正极端子121以及连接到负极集电体的多个负极端子。所有的正极端子121和负极端子在其轴向方向上突出在卷绕电极体120的一端以外。然后,通过固定方法如焊接将正极端子121连接至电极销113的下端。此外,通过固定方法如焊接将负极端子连接至外壳111的内表面。
由导电性轴构件(conductive shaft member)形成电极销113,并且通过绝缘体114保持,其中电极销113的头部向上突出。电极销113通过绝缘体114固定在电池盖112的基本上的中心。由具有高绝缘性能的材料制成绝缘体114,并且将其固定至提供在电池盖112的表面侧上的通孔(through-hole)115中。此外,电极销113穿入通孔115,并且将正极端子121的尖端部固定至电极销113的下端表面。
将提供有例如电极销113的电池盖112装入至外壳111的开口中,并且通过固定方法如焊接将外壳111和电池盖112之间的接触表面连接。因此,通过电池盖112密封外壳111的开口,导致气密的和液密的构造。电池盖112提供有内部压力释放机构116,该内部压力释放机构被配置为当在外壳111中的压力增加至等于或高于预定值时,断开部分电池盖112以将内部压力传递(释放)至外部。
内部压力释放机构116包括在电池盖112的内表面处在电池盖112的纵向方向上直线延伸的两个第一开口槽116a(第一开口槽116a中的一个没有示出),以及在电池盖32的内表面处在垂直于纵向方向的宽度方向上延伸并且在两端与两个第一开口槽116a连通的第二开口槽116b。将两个第一开口槽116a提供为在电池盖112的两个长侧内部附近沿着电池盖112的长侧外缘彼此平行,将长侧定位于面对电池盖112的宽度方向。此外,将第二开口槽116b提供为在电极销113的其纵向方向的一侧上在电池盖112的一个短侧外缘和电极销113之间的基本上中间的位置处。
例如,第一开口槽116a和第二开口槽116b在下侧各自具有V形截面开口。应注意,第一开口槽116a和第二开口槽116b的形状不限于在本实施方式中描述的V形。例如,第一开口槽116a和第二开口槽116b的形状可以是U形或半圆形。
提供穿透电池盖112的电解质溶液注入口117。电解质溶液注入口117用于在锻制电池盖112和外壳111之后注入非水电解质溶液,并且在注入非水电解质溶液之后通过密封件118进行密封。因此,在用提前将电解质凝胶提供至正极和负极中的每一个与隔膜之间的这种方式生产卷绕电极体的情况下,不必需地提供电解质溶液注入口117和密封件118。
[隔膜]
将与第一实施方式的那些相似的隔膜用作隔膜。
[非水电解质溶液]
非水电解质溶液与第一实施方式中的那些相似。
(固体颗粒的布置)
将容纳在电解质中的固体颗粒布置在正极和隔膜之间的区域、负极和隔膜之间的区域、在正极活性物质层中的空隙、和在负极活性物质层中的空隙中的至少任一个中。也就是,电解质容纳在正极和隔膜之间的区域中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质容纳在负极和隔膜之间的区域中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质容纳在正极活性物质层中的活性物质颗粒之间的空隙中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。电解质容纳在负极活性物质层中的活性物质颗粒之间的空隙中,并且固体颗粒包含在这样的电解质中。
(固体颗粒的优选布置)
尽管未示出,但是将固体颗粒优选布置在非水电解质电池中,使得在与从在第一实施方式中描述的图3A和3B的构造中省去电解质层56的构造的那些相似的区域之间存在浓度差。也就是,布置固体颗粒使得在负极侧凹部浸渍区域A、负极侧顶涂覆区域B、和负极侧深部区域C之间存在浓度差,并且在凹部浸渍区域A中的颗粒浓度至少高于在负极侧深部区域C中的那些。此外,布置固体颗粒使得在正极侧凹部浸渍区域A、正极侧顶涂覆区域B、和正极侧深部区域C之间存在浓度差,并且在凹部浸渍区域A中的颗粒浓度至少高于在正极侧深部区域C中的那些。
(3-2)制造非水电解质电池的方法
例如,非水电解质电池能够如下制造。
[制造正极和负极的方法]
可以以与第三实施方式的那些相似的方法生产正极和负极。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。相似地,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至正极的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。应注意,固体颗粒层可以至少形成在一个电极(正极92或负极93)的一个主表面上。
(非水电解质电池的装配)
顺序地将正极和负极以及隔膜(该隔膜在基础材料的至少一个表面上形成有含颗粒的树脂层)堆叠和卷绕,从而,生产了硬币形细长的卷绕电极体120。随后,将卷绕电极体120容纳在外壳111内。
然后,将提供在电池盖112处的电极销113和突出在卷绕电极体120以外的正极端子121连接在一起。尽管未示出,但是将突出在卷绕电极体120以外的负极端子和电池壳连接在一起。随后,将外壳111和电池盖112安装在一起,并且通过电解质溶液注入口117在例如下降的压力下注入非水电解质溶液,以通过密封件118密封外壳111和电池盖112。在以上描述的方式中,可以获得非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
[制造正极和负极的方法]
可以用与上述相似的方法生产正极和负极。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至负极的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。在其上涂覆且形成有固体颗粒层的负极活性物质层的最外表面部分中,通过处于定位在负极活性物质层的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,并且因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。相似地,通过例如涂覆法使固体颗粒层形成在正极的每个主表面上。在其上涂覆且形成有固体颗粒层的正极活性物质层的最外表面部分上,通过处于定位在正极活性物质层的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,并且因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的颗粒浓度。将粒径D95调节至等于或大于粒径D50的预定放大倍数的固体颗粒优选用作固体颗粒。例如,优选使用如下调节的固体颗粒:将具有等于或大于粒径D50的倍的粒径的颗粒作为一些固体颗粒添加,使得将固体颗粒尺寸D95调节至等于或大于活性物质粒径D50的倍。因此,在凹部底部部分中的间隙填充有具有较大粒径的一些颗粒,并且因此,可以容易地过滤固体颗粒。应注意,固体颗粒层可以至少形成在一个电极(正极92或负极93)的一个主表面上。
应注意,在已经涂覆和形成每个固体颗粒层之后,刮去额外部分的涂料,并且因此,可以减小电极之间的距离的不必要膨胀。此外,由于刮去涂覆的涂料表面,可以将更多固体颗粒布置在邻近的活性物质颗粒之间的凹部中,并且可以降低在顶涂覆区域B中的固体颗粒的比率。因此,可以将大部分的固体颗粒密集地布置在凹部浸渍区域中。
(非水电解质电池的装配)
顺序地将正极和负极以及隔膜(该隔膜在基础材料的至少一个表面上形成有含颗粒的树脂层)堆叠和卷绕,从而,生产了硬币形细长的卷绕电极体120。随后,将卷绕电极体120容纳在外壳111内。
然后,将在电池盖112处提供的电极销113和突出在卷绕电极体120以外的正极端子121连接在一起。尽管未示出,但是将突出在卷绕电极体120以外的负极端子和电池壳连接在一起。随后,将外壳111和电池盖112安装在一起,并且通过电解质溶液注入口117在例如下降的压力下注入非水电解质溶液,以通过密封件118密封外壳111和电池盖112。用以上描述的方式,可以获得非水电解质电池。
[变形例3-1]
第三实施方式的非水电解质电池可如下生产。
(正极和负极的生产)
首先,如在非水电解质电池的实例中,生产了正极和负极。
(固体颗粒层的形成)
然后,在通过例如涂覆法将涂料涂覆至隔膜的至少一个主表面之后,通过干燥除去溶剂,从而,形成固体颗粒层。例如,固体颗粒、粘合剂高分子化合物和溶剂的混合物可以用作为涂料。
(非水电解质电池的装配)
然后,如在非水电解质电池的实例中,形成了卷绕电极体120。
随后,如同以上描述的实例中可以获得预期的非水电解质电池。
(调节固体颗粒布置的情形)
为了将固体颗粒布置调节至合适的布置,可以如下生产非水电解质电池。
(正极和负极的生产,固体颗粒层的形成)
如上述,生产了正极和负极。此外,如上述,固体颗粒层形成在隔膜的至少一个主表面上。
(非水电解质电池的装配)
然后,如在非水电解质电池的实例中,形成卷绕电极体120。然后,在将卷绕电极体120容纳在外壳111内之前,将卷绕电极体120密封在封装材料如乳胶管中,并且在流体静压下进行热压。这使得固体颗粒移动(推动)至处于定位在负极活性物质层的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部,并且因此,增加了在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。此外,固体颗粒移动至处于定位在正极活性物质层的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,并且因此,增加了在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度。
随后,如同以上描述的实例,可以获得预期的非水电解质电池。
[变形例3-2]
第三实施方式的非水电解质电池可如下生产。
首先,如下将固体颗粒包含在每个电极的活性物质层中。应注意,如下将描述其中固体颗粒包含在两种电极的活性物质层中的实例,但是固体颗粒可以仅仅容纳在一个电极(负极或正极)的活性物质层中。
(制造正极的方法)
将正极活性物质、导电剂、粘合剂、和固体颗粒混合在一起以制备正极混合物。将正极混合物分散在例如N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,从而,产生了糊状形式的正极混合物浆料。然后,将正极混合物浆料涂覆至正极集电体,然后,干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩和模制生成物以形成正极活性物质层。以这样的方式,生产了正极。
(制造负极的方法)
将负极活性物质、粘合剂、和固体颗粒混合在一起以制备负极混合物。将负极混合物分散在例如N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,从而,产生了糊状形式的负极混合物浆料。然后,将负极混合物浆料涂覆至负极集电体,然后,干燥溶剂。通过例如辊式压制机压缩和模制生成物以形成负极活性物质层。以这样的方式,生产了负极。
(非水电解质电池的装配)
然后,如在非水电解质电池的实例中,生产了卷绕电极体120。然后,通过相似的随后步骤,获得了预期的非水电解质电池。
4.第四实施方式
图8是使用单个电池的电池组的构造的透视图。图9是在图8中示出的电池组的构造的方框图。应注意,图8示出了电池组的分解状态。
在本文中描述的电池组是使用单个二次电池的简易电池组(被称为“软包装(softpack)”),并且将其安装在由例如智能手机为代表的电子设备中。如在例如图9中示出的,电池组包括作为与第一实施方式相似的层压膜型二次电池的电源211,以及连接至电源211的电路板216。
一对的粘合带218、219分别结合至电源211的两侧表面。电路板216提供有保护电路(保护电路模块(PCM))。经由一对极耳(tab)214、215将电路板216连接至电源211的正极引线212和负极引线213,并且电路板216连接至连接器引线(connector lead wire)217用于外部连接。应注意,由标签220和绝缘片231垂直地保护电路板216,其中电路板216连接至电源211。粘合标签220以固定电路板216、绝缘片231等。
此外,如在例如图9中示出的,电池组包括电源211和电路板216。例如,电路板216包括控制部221、开关222、PTC 223、和温度检测器224。经由正极端子225和负极端子227将电源211连接至外部,并且因此,经由正极端子225和负极端子227进行充电/放电。温度检测器224配置为使用温度检测端子(被称为“T-端子”)226以检测温度。
控制部221配置为控制整个电池组的操作(包括电源211的使用状态),并且包括例如中央处理单元(CPU)和存储器。
例如,当电池电压达到过充电检测电压时,控制部221切断开关222使得充电电流不能流过电源211的电流流动通路。此外,例如,当在充电中有大电流流动时,控制部221切断开关222以阻断充电电流。
此外,例如,当电池电压达到过放电检测电压时,控制部221切断开关222使得放电电流不能流过电源211的电流流动通路。进一步地,例如,当在放电中有大电流流动时,控制部221切断开关222以阻断放电电流。
应注意,二次电池的过充电检测电压是,例如,4.20V±0.05V,并且过放电检测电压是,例如,2.4V±0.1V。
开关222配置为根据控制部221的指令切换电源211的使用状态(是否可获得电源211和外部设备之间的连接)。开关222包括例如充电控制开关和放电控制开关。例如,充电控制开关和放电控制开关是使用金属氧化物半导体的半导体开关如场效应晶体管(MOSFET)。应注意,例如,基于开关222的导通电阻,检测充电/放电电流。
温度检测器224配置为测量电源211的温度以将测量结果输出至控制部221。温度检测器224包括例如温度检测元件如热敏电阻。应注意,将由温度检测器224获得的测量结果用于,例如在异常热产生下由控制部221进行充电/放电控制的情形或者在剩余容量计算中由控制部221进行校正处理的情形。
应注意,电路板216不一定包括PTC 223。在这种情况下,可以在电路板216中另外地提供PTC元件。
5.第五实施方式
图10是在将本技术的第一实施方式至第三实施方式的电池(根据需要,在下文中称为“二次电池”)应用至电池组的情况下电路构造实例的方框图。电池组包括组电池(battery set)301、外部、具有充电控制开关302a和放电控制开关303a的开关304、电流检测电阻307、温度检测元件308和控制部310。
此外,电池组进一步包括正极端子321和负极引线322。在充电中,分别地将正极端子321和负极引线322连接至充电器的正极端子和负极端子,并且因此,进行充电。此外,在使用电子设备中,分别地将正极端子321和负极引线322连接至电子设备的正极端子和负极端子,因此,进行放电。
配置组电池301,使得多个二次电池301a以串联和/或并联连接在一起。这些二次电池301a是本技术的二次电池。应注意,图10示出了其中六个二次电池301a以两并三串(two-parallel three-series,2P3S)连接的情形,但是可以采用其他的连接方法如n并m串(“n”和“m”是整数)连接。
开关304不仅包括充电控制开关302a和二极管302b,而且包括放电控制开关303a和二极管303b。由控制部310控制开关304。二极管302b在相对于充电电流从正极端子321朝向组电池301的方向流动的反方向上具有极性,并且在相对于放电电流从负极引线322朝向组电池301的方向流动的正方向上具有极性。二极管303b在相对于充电电流的正向上具有极性,并且在相对于放电电流的反方向上具有极性。应注意,开关304提供在本实例的正(+)侧,但也可以提供在负(-)侧。
当电池电压达到过充电检测电压时,断开充电控制开关302a,并且由充电/放电控制部控制,使得没有充电电流流过组电池301的电流流动通路。在已经将充电控制开关302a断开之后,仅放电可以通过二极管302b获得。此外,当在充电中大电流流动时,将充电控制开关302a断开,并且由控制部310控制,使得阻断充电电流流过组电池301的电流流动通路。
当电池电压达到过放电检测电压时,断开放电控制开关303a,并且由控制部310控制,使得没有放电电流流过组电池301的电流流动通路。在已经将放电控制开关303a断开之后,仅充电可以通过二极管303b获得。此外,当在放电中大电流流动时,将放电控制开关303a断开,并且由控制部310控制,使得阻断放电电流流过组电池301的电流流动通路。
温度检测元件308是,例如,热敏电阻,并且将其提供在组电池301附近以测量组电池301的温度从而将测量温度输出至控制部310。电压检测器311配置为测量组电池301的电压以及形成组电池301的每个二次电池301a的电压,并且A/D转换测量电压以将转换电压供应至控制部310。电流测量器313配置为使用电流检测电阻307测量电流以将测量电流供应至控制部310。
开关控制部314配置为,基于从电压检测器311和电流测量器313输入的电压和电流,控制开关304的充电控制开关302a和放电控制开关303a。当任意的二次电池301a的电压达到等于或低于过充电检测电压或过放电检测电压时,或者当大电流快速流动时,开关控制部314发送控制信号至开关304以防止过充电、过放电、和过电流充电/放电。
例如,在锂离子二次电池作为二次电池的情况下,例如,将过充电检测电压设置在4.20V±0.05V,并且将过放电检测电压设置在2.4V±0.1V。
可以将半导体开关如MOSFET用作充电/放电开关。在这种情况下,将MOSFET的寄生二极管用作二极管302b和二极管303b。在使用P通道FET作为充电/放电开关的情况下,开关控制部314分别地将控制信号DO、CO提供至充电控制开关302a和放电控制开关303a。在使用P通道型开关作为充电控制开关302a和放电控制开关303a的情况下,在栅极电位等于或低于源电位预定值时,接通这些开关。也就是,在典型的充电和放电中,控制信号CO、DO是处于低水平,并且充电控制开关302a和放电控制开关303a是处于接通状态。
然后,例如,在过充电或者过放电中,控制信号CO、DO是处于高水平,并且充电控制开关302a和放电控制开关303a是处于断开状态。
存储器317包括,例如,RAM或ROM。存储器317是,例如,作为非易失性存储器的可擦可编程只读存储器(EPROM)(Erasable Programmable Read Only Memory)。例如,在存储器317中,提前存储由控制部310计算的数值以及在其初始状态下在每个二次电池301a的制造过程的阶段所测量的内阻值,并且根据需要可以进行重写。(此外,例如,存储了二次电池301a的完全充电容量,因此可以通过控制部310计算剩余容量。
温度检测器318配置为使用温度检测元件308测量温度以控制在异常热产生时的充电/放电,并且在剩余容量计算中进行校正。
<6.第六实施方式>
可以将以上描述的本技术的第一实施方式至第三实施方式的电池以及以上描述的本技术的第四实施方式和第五实施方式的电池组安装在设备如电子设备、电动车辆、和电力存储装置上,或者可以用于将电力供应至这样的装置。
电子设备的实例包括便携式计算机、个人数字助理(PDA)、移动式电话、无绳电话、影像电影摄影机(video movie cameras)、数字静态照相机(数码相机)、电子书、电子辞典、音乐播放器、收音机、头戴式耳机、游戏机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、电动工具、电动刮胡刀、冰箱、空气调节器(空调)、电视机、立体声系统、热水器、微波炉、洗碗机、洗涤器、干燥器、灯光器具、玩具、医疗器械、机器人、负载调节器、和交通信号灯。
此外,电动车辆的实例包括铁路车辆、高尔夫球车、电动推车、和电动汽车(包括混合动力汽车)。将本技术的电池和电池组用作用于驱动这些车辆的电源或者用于这些车辆的辅助电源。
电力存储装置的实例包括用于如住宅和电力产生设施的建筑物的电力存储电源。
在以上描述的应用实例中,以下将描述使用向其中应用以上描述的本技术的电池的电力存储装置的电力存储系统的具体实例。
例如,电力存储系统如下配置。第一电力存储系统是配置为使得通过配置为由可再生能源产生电力的发电装置对电力存储装置充电的电力存储系统。第二电力存储系统是包括电力存储装置以及配置以将电力供应至连接到电力存储装置的电子设备的存储系统。第三电力存储系统是配置为从电力存储装置接收电力的电子设备。将这些电力存储系统实现为配置为与外部供电网络合作以有效供应电力的系统。
此外,第四电力存储系统是包括配置为接收从电力存储装置供应的电力以将该电力转换为车辆的驱动力的转换装置以及配置为基于电力存储装置上的信息以处理有关车辆控制的信息的控制装置的电动车辆。第五电力存储系统是包括配置为经由网络传输信号至其他设备或从其他设备接收信号以及配置为基于由收发器接收的信息控制以上描述的电力存储装置的充电/放电的电力信息收发器的电力系统。第六电力存储系统是配置为接收从以上描述的电力存储装置供应的电力或者配置为从发电装置或电力网络供应电力至电力存储装置的电力系统。以下将描述电力存储系统。
(6-1)作为应用实例的住宅电力存储系统
将参照图11描述其中将使用本技术的电池的电力存储装置应用于住宅的电力存储系统的实例。例如,在用于住宅401的电力存储系统400中,经由电力网络409、信息网络412、智能仪表407、电力枢纽408等,从包括例如热力发电402a、原子能发电402b和水力发电402c的集中电力系统402将电力供应至电力存储装置403。此外,从独立电源如住宅的发电装置404将电力供应至电力存储装置403。存储供应至电力存储装置403的电力。使用电力存储装置403,供应用于住宅401的电力。相似的电力存储系统可以不仅用于住宅401而且用于建筑物。
住宅401提供有发电装置404、电力消耗装置405、电力存储装置403、配置为控制各个装置的控制装置410、智能仪表407以及配置为获取各种信息的传感器411。经由电力网络409和信息网络412将这些装置连接在一起。例如,将太阳能电池或燃料电池用作发电装置404,并且将产生的电力供应至电力消耗装置405和/或电力存储装置403。电力消耗装置405包括例如电冰箱405a、作为空气调节装置的空气调节器405b、作为电视接收机的电视机405c、和浴器(浴室)405d。电力消耗装置405进一步包括电动车辆406。电动车辆406包括电动汽车406a、混合动力汽车406b、和电动摩托车406c。
将本技术的电池应用于电力存储装置403。本技术的电池可以是例如以上描述的锂离子二次电池。智能仪表407具有测量商业性电力消耗以将测量的电力消耗传输至电力公司的作用。电力网络409可以是直流电源、交流电源和非接触电源中的一种或其组合。
各种传感器411包括,例如,人体传感器、照明传感器、目标检测传感器、电力消耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器和红外传感器。将通过各种传感器411获取的信息传输至控制装置410。通过从传感器411获得的信息掌握气象条件、人体条件等,并且因此,可以自动地控制电力消耗装置405,从而将能量消耗抑制至最少。此外,经由互联网,控制装置410可以传输有关住宅401的信息至例如外部电力公司。
电力枢纽408进行处理如电力线的分支以及直流-交流转换。经由连接至控制装置410的信息网络412通信的方法的实例包括使用通信接口如通用异步接收器-收发器(UART)的方法,以及根据无线通信标准如蓝牙、无线个域网(ZigBee)和无线保真技术(Wi-Fi),使用传感器网络的方法。将蓝牙方法应用于多媒体通信,并且可以进行点至多点通信。无线个域网使用电气和电子工程师协会(IEEE)的802.15.4的物理层。IEEE 802.15.4是被称为“个人局域网(PAN)”或者“无线个人局域网(WPAN)”的短距离无线通信标准的名称。
控制装置410连接至外部服务器413。服务器413可以由住宅401、电力公司和服务提供者中的任一个管理。由服务器413传输/接收的信息的实例包括电力消耗信息、生活模式信息、电价、气象信息、自然灾害信息、和有关电交易的信息。可以由住宅的电力消耗装置(例如,电视接收机)传输/接收这些类型的信息,但是也可以由住宅外的装置(例如,移动式电话)传输/接收这些。这些类型的信息可以显示在具有显示功能的装置,如电视接收机、移动式电话、和个人数字助理(PDA)上。
配置为控制每个部分的控制装置410包括,例如,中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、和只读存储器(ROM)。在这些实例中,控制装置410容纳在电力存储装置403内。经由信息网络412将控制装置410连接至电力存储装置403、住宅的发电装置404、电力消耗装置405、各种传感器411、和服务器413。例如,控制装置410具有调节商业性电力消耗和商业性电力产生量的作用。应注意控制装置410可以具有例如在电力市场中进行电交易的作用。
如以上描述的,不仅来自包括例如热力发电402a、原子能发电402b、和水力发电402c的集中电力系统402的电力,而且产生自住宅的发电装置404(太阳能发电、风力发电等)的电力也可以存储在电力存储装置403中。因此,即使由住宅的发电装置404产生的电力发生变化,也可以进行将恒定量电力输出至外部或者仅放电需求量的电力的控制。例如,可获得以下用途:将由太阳能发电获得的电力存储在电力存储装置403中,在夜间期间将便宜的午夜电力存储在电力存储装置403中,以及在电价较高的日间放电和使用存储在电力存储装置403中的电力。
应注意,已经描述了其中将控制装置410容纳在电力存储装置403中的实例,并且可以将控制装置410容纳在智能仪表407中或者可以单独地配置控制装置410。进一步地,可以将电力存储系统400用于住宅建筑群的多个住宅,或者可以用于多个的单家族住宅。
(6-2)作为应用实例的车辆电力存储系统
参照图12将描述将应用本技术至车辆电力存储系统的实例。图12示意性地示出了采用将本技术应用于其中的连续的混合动力系统的混合动力车辆构造的实例。连续的混合动力系统是使用由发动机驱动的发电机产生的电力或者暂时地存储在电池中的发电机的电力以由电力至驱动力转换装置运行的车辆。
混合动力车辆500包括发动机501、发电机502、电力至驱动力转换装置503、驱动轮504a、驱动轮504b、轮505a、轮505b、电池508、车辆控制装置509、各种传感器510和充电入口511。将以上描述的本技术的电池应用于电池508中。
使用电力至驱动力转换装置503作为电源来运行混合动力车辆500。电力至驱动力转换装置503的实例是电动机。通过电池508的电力驱动电力至驱动力转换装置503,并且将电力至驱动力转换装置503的旋转力传输至驱动轮504a、504b。应注意,将直流至交流(DC-AC)转换或逆转换(AC-DC转换)用于要求的部分,因此电力至驱动力转换装置503可应用为直流电动机或交流电动机。各种传感器510配置为,经由车辆控制装置509控制发动机旋转速度或者控制未示出的节流阀(风门)的开口程度(节流阀开口程度)。例如,各种传感器510包括速度传感器、加速度传感器、和发动机旋转速度传感器。
将发动机501的旋转力传输至发电机502,并且可以将由发电机502的这种旋转力产生的电力存储在电池508中。
当通过未示出的制动装置对混合动力车辆500减速时,这种减速的阻力作为旋转力被添加到电力至驱动力转换装置503中,并且将由电力至驱动力转换装置503的这种旋转力产生的再生电力存储在电池508中。
将电池508连接至混合动力车辆500外部的电源以经由作为进入口的充电入口511接收从外部电源供应的电力,并且可以存储接收的电力。
尽管未示出,但是可以提供配置为基于有关二次电池的信息处理有关车辆控制的信息的信息处理装置。信息处理装置的实例包括配置为基于剩余电池容量的信息显示剩余电池容量的信息处理装置。
应注意,已经将配置为使用由发动机驱动的发电机产生的电力或者暂时存储在电池中的发电机的电力以由电动机运行的连续混合动力车辆作为实例进行了描述。然而,本技术还有效地适用于使用发动机输出和电动机输出两者作为驱动源并且配置为根据需要在仅通过发动机运行、仅通过电动机运行、和通过发动机和电动机运行的三种模式之间切换的并行混合动力车辆。进一步地,本技术还有效地适用于配置为通过仅仅使用驱动电动机而不使用发动机驱动以运行的所谓的“电动车辆”。
实施例
以下将参照实施例详细地描述本技术。应注意,本技术并不局限于以下描述的实施例的构造。
<实施例1-1>
[正极的生产]
以将作为正极活性物质的91质量%的锂钴氧化物(LiCoO2)颗粒(粒径D50:10μm)、作为导电剂的6质量%的炭黑、以及作为粘合剂的3质量%的聚偏氟乙烯(PVdF)混合在一起的这种方式制备正极混合物。将这种正极混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的分散介质中,从而,制备了正极混合物浆料。
将正极混合物浆料涂覆至由具有12μm厚度的带状铝箔形成的正极集电体的两个表面,使得将部分的正极集电体暴露。随后,蒸发并干燥所涂覆的正极混合物浆料的分散介质,然后,通过辊压进行压缩和模制。从而,形成了正极活性物质层。最终,将正极端子连接至正极集电体的暴露部分。以这样的方式,形成了正极。
[负极的生产]
以将作为负极活性物质的96质量%的粒状石墨颗粒(粒径D50:20μm)、作为粘合剂的1.5质量%的苯乙烯-丁二烯共聚物的丙烯酸改性产物、以及作为增稠剂的1.5质量%的羧甲基纤维素混合在一起的这种方式制备负极混合物。将适量水进一步添加至负极混合物,然后,搅拌生成物。从而,制备了负极混合物浆料。
将负极混合物浆料涂覆至由具有15μm厚度的带状铜箔形成的负极集电体的两个表面,使得将部分的负极集电体暴露。随后,蒸发并干燥所涂覆的负极混合物浆料的分散介质,然后,通过辊压进行压缩和模制。从而,形成了负极活性物质层。最终,将负极端子连接至正极集电体的暴露部分。以这样的方式,形成了负极。
应注意,调节压缩密度(压制密度)(在辊压之后活性物质层的面积密度)和活性物质量中的至少任一种,从而可以将负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2)和在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)调节至期望值。
[隔膜的生产]
将由聚乙烯(PE)制成的且具有5μm厚度的微孔膜(聚乙烯隔膜)制备为隔膜。
[电解质层的形成]
将作为电解质盐的六氟磷酸锂(LiPF6)溶解在与碳酸亚乙酯(EC)和碳酸亚丙酯(PC)混合的非水溶剂中。以这样的方式,制备了非水电解质溶液。
使用作为基体高分子化合物(树脂)用于保持非水电解质溶液的聚偏氟乙烯(PVdF),将非水电解质溶液、聚偏氟乙烯、作为稀释剂溶剂的碳酸二甲酯(DMC)、和作为固体颗粒的勃姆石颗粒(粒径D50:1μm)混合在一起以制备溶胶形式的涂覆溶液。
然后,在加热状态下将涂覆溶液涂覆至正极和负极的每一种的两个表面,并且干燥,从而除去稀释溶剂(DMC)。以这样的方式,将凝胶形式的电解质层形成在正极和负极的每个表面上。由于在加热状态下涂覆涂覆溶液,所以处于定位在每个活性物质层的最外表面部分中的邻近活性物质颗粒之间的凹部以及在每个活性物质层内可以浸渍有包含作为固体颗粒的勃姆石的电解质。此时,通过处于邻近颗粒之间的凹部过滤固体颗粒,因此,在凹部浸渍区域A和深部区域C之间存在浓度差。在实施例1-1中,在负极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度高于在负极侧深部区域C中的固体颗粒浓度,并且在正极侧凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度高于在正极侧深部区域C中的固体颗粒浓度。应注意,根据以凝胶形式的电解质层总量的质量百分数,以凝胶形式的电解质层的组合物包含10质量%的固体颗粒、5质量%的树脂(PVdF)、25质量%的EC、50质量%的PC、和10质量%的LiPF6。此外,固体颗粒浓度是10体积%。
[层压膜型电池的装配]
以正极、隔膜、负极、和隔膜的顺序将在其两个表面上形成有电解质层的正极、在其两个表面上形成有电解质层的负极、和隔膜堆叠在彼此上。然后,在其纵向方向上以平面形状将这种的堆叠体卷绕多次。随后,用粘合带将生成物的卷绕端部固定。以这样的方式,形成了卷绕电极体。
然后,用具有软铝层的层压膜包裹卷绕电极体。对于围绕卷绕电极体的层压膜的侧部,在下降的压力下将正极端子和负极端子从其突出的侧部热熔合,并且在下降的压力下将两个剩余的侧部热熔合。从而,密封了卷绕电极体。以这样的方式,生产了如在图1中示出的以具有4.5mm的厚度、30mm的宽度、和50mm的高度的电池形状的层压膜型电池。
<实施例1-2>至<实施例1-10>以及<比较例1-1>至<比较例1-2>
在负极的生产中,改变负极活性物质的量而不改变压缩密度,使得如在以下表1中示出的调节负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2)。应注意,在厚度较小的情况下,扩展电极,使得电池的外部尺寸与实施例1-1的那些相同。此外,在厚度较大的情况下,缩短电极,使得电池的外部尺寸与实施例1-1的那些相同。除以上之外,每个实施例与实施例1-1相似。对于每个实施例,生产了层压膜型电池。
<实施例1-11>至<实施例1-20>以及<比较例1-3>至<比较例1-4>
在负极的生产中,改变负极活性物质层的活性物质的量以及负极活性物质层的压缩密度,使得如在以下表1中示出的调节在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)。应注意,在厚度较小的情况下,扩展电极,使得电池的外部尺寸与实施例1-1的那些相同。此外,在厚度较大的情况下,缩短电极,使得电池的外部尺寸与实施例1-1的那些相同。除以上之外,每个实施例与实施例1-1相似。对于每个实施例,生产了层压膜型电池。
<实施例1-21>至<实施例1-28>
将除了固体颗粒之外的电解质的组成(质量比)固定在PVdF:EC:PC:LiPF6=5:25:45:15,并且如在以下表1中示出的改变固体颗粒的颗粒浓度,而不改变电解质的总体积。除以上之外,每个实施例与实施例1-1相似。对于每个实施例,生产了层压膜型电池。
<比较例1-5>
除了电解质不包含固体颗粒之外,比较例1-5与实施例1-1相似。对于这种比较例,生产了层压膜型电池。
<比较例1-6>
电解质不包含固体颗粒。在负极的生产中,改变负极的活性物质的量以及负极的压缩密度,使得如在以下表1中示出的调节在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)。应注意,在厚度较小的情况下,扩展电极,使得电池的外部尺寸与实施例1-1的那些相同。此外,在厚度较大的情况下,缩短电极,使得电池的外部尺寸与实施例1-1的那些相同。除以上之外,比较例1-6与实施例1-1相似。对于这种实施例,生产了层压膜型电池。
(颗粒尺寸的测量,BET比表面积的测量)
在以上描述的实施例和比较例中,如下测量或评估了粒径和BET比表面积(上述情况也适用于随后描述的实施例和比较例)。
(粒径的测量)
将以下粒径当作为粒径D50:对应于从较小的粒径侧测量的基于体积累积的粒径分布的50%的粒径,用在已经从电解质层除去电解质组分等之后通过激光衍射测量固体颗粒的这种方式获得该粒径分布。应注意,如必要的话,还获得了对应于以上描述的基于体积累积的粒径分布的95%的粒径D95的值。对于在已经从活性物质层中除去除了活性物质之外的其他组分之后获得的活性物质颗粒,进行相似的测量。
(BET比表面积的测量)
对于在已经从电解质层中除去电解质组分等之后获得的固体颗粒,使用BET比表面积测量装置获得BET比表面积(m2/g)。
(固体颗粒浓度的测量)
使用SEM,在50μm的观察视野范围之内观察四个点。在每个观察视野中,测量电极和隔膜之间的颗粒浓度。对于2μm×2μm的观察视野,通过总颗粒截面面积的面积百分数获得颗粒浓度(“总颗粒截面面积”/“在观察视野内的面积”×100%)。将四个点所获得的颗粒浓度的平均值当作为固体颗粒浓度。
(负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2)的测量)
通过在电极的一个表面上的负极活性物质层限定负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2),该负极活性物质层形成在负极集电体的一个或两个表面上。在重复循环之前,将通过分解完全充电的电池所获得的负极冲压成圆形,然后,将Li金属布置为对立于其中在其之间插入隔膜的这种负极。然后,使用电解质(通常,例如,EC:20质量%/DEC:65质量%/LiPF6:15质量%)生产硬币形电池。然后,当在0.2mA的恒定电流下从负极除掺杂Li离子直至1.5V时,测量容量(mAh),并且通过容量除以负极的面积(cm2)获得值。使用配置为使得使用仅在一侧上布置活性物质层的电极,并且获得电极的每一侧的值。
(在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)的测量)
对于在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2),使用水银测孔计测量以上描述的电极的孔隙率。通过以上描述的负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2)除以孔隙率(负极活性物质层容量面积密度(mAh/cm2)/孔隙率),获得在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)。
(电池评估:使用体积能量密度作为指标的电池性能评估)
对于生产的电池,在5A/4.2V下的恒定电流/恒定电压充电总计进行一小时,然后,在0.5A下进行恒定电流放电直至3V。这种循环重复300次。获得自在300次循环时的放电容量(mAh)和平均放电电压(V)的电能除以电池体积(升),并且作为结果,获得了体积能量密度。应注意,使用体积能量密度作为指标用于电池性能评估,不仅电池性能的优劣变为清楚,而且甚至在电池具有不同尺寸的情况下也清楚地设定了用于电极设计的要求指标。应注意,初始体积能量密度(初始容量)(Wh/L)如下获得:由在第一次循环时的放电容量(mAh)和平均放电电压(V)获得电能,然后,除以电池体积(升)。
如下是电池评估的测量标准:
(初始体积能量密度的测量标准(Wh/L))
合格:等于或高于490(Wh/L)
不合格:小于490(Wh/L)
(在300次循环之后的体积能量密度计(Wh/L)的测量标准)
优异:超过510(Wh/L)
良好:超过480(Wh/L)且等于或低于510(Wh/L)
可接受;超过450(Wh/L)且等于或低于480(Wh/L)
不合格:低于450(Wh/L)
表1示出了评估结果。
[表1]
如在表1中示出的,在实施例1-1至实施例1-28中,制成了合适的电极设计,并且固体颗粒包含在电解质中。因此,初始体积能量密度较高,并且甚至在重复快速充电之后,可以保持高体积能量密度。<实施例2-1>
如在实施例1-1中,生产了层压膜型电池。
<实施例2-2>至<实施例2-36>
这些实施例与实施例2-1相似,不同之处在于如在以下表2中示出的改变了固体颗粒材料类型。对于每个实施例,生产了层压膜型电池。
(电池评估)
对于每个实施例的所生产的电池,如在实施例1-1中,使用体积能量密度作为指标评估电池性能。
表2示出了评估结果。
[表2]
负极活性物质层的容量面积密度:4.0mAh/cm2
负极活性物质层中的空隙的容量面积密度:13.3mAh/cm2
初始容量:612Wh/L
如在表2中示出的,在实施例2-1至实施例2-36中,制成了合适的电极设计,并且固体颗粒包含在电解质中。因此,初始体积能量密度较高,并且甚至在重复快速充电之后,可以保持高体积能量密度。
<实施例3-1>
如在实施例3-1中,生产了层压膜型电池。
<实施例3-2>至<实施例3-6>
将除了电解质盐(LIPF6)之外的电解质的组成(质量比)固定在固体颗粒:PVdF:EC:PC=10:5:25:45,并且如在以下表1中示出的改变LIPF6的浓度(质量比),而不改变电解质的总体积。除以上之外,每个实施例与实施例1-1相似。对于每个实施例,生产了层压膜型电池。
(电池评估)
对于每个实施例的所生产的电池,如在实施例1-1中,使用体积能量密度作为指标评估电池性能。
表3示出了评估结果。
[表3]
如在表3中示出的,在实施例3-2至实施例3-6中,制成了合适的电极设计,并且固体颗粒包含在电解质中。因此,初始体积能量密度较高,并且甚至在重复快速充电之后,可以保持高体积能量密度。
<实施例4-1>
如在实施例1-1中,生产了层压膜型电池。
<实施例4-2>
实施例4-2与实施例4-1相似,不同之处在于,以凝胶形式的电解质层仅分别形成在负极的两个表面上。对于实施例4-2,生产了层压膜型电池。
<实施例4-3>
实施例4-3与实施例4-1相似,不同之处在于,以凝胶形式的电解质层仅分别形成在正极的两个表面上。对于实施例4-3,生产了层压膜型电池。<实施例4-4>
实施例4-4与实施例1-1相似,不同之处在于,以凝胶形式的电解质层分别形成在隔膜的两个主表面上,代替以凝胶形式的电解质层形成在电极上。对于实施例4-4,生产了层压膜型电池。应注意,在这个实施例中,包含在形成于隔膜表面上的电解质层中的大部分固体颗粒不进入处于定位在最外活性物质层表面部分中的邻近活性物质颗粒之间的凹部,并且因此,在凹部浸渍区域A中的固体颗粒浓度较低。
(电池评估)
对于每个实施例的所生产的电池,如在实施例1-1中,使用体积能量密度作为指标评估电池性能。
表4示出了评估结果。
[表4]
负极活性物质层的容量面积密度:4.0mAh/cm2
负极活性物质层中的空隙的容量面积密度:13.3mAh/cm2
初始容量:612Wh/L
如在表4中示出的,在实施例4-1至实施例4-4中,制成了合适的电极设计,并且固体颗粒包含在电解质中。因此,初始体积能量密度较高,并且甚至在重复快速充电之后,可以保持高体积能量密度。
<实施例5-1>
如在实施例1-1中,生产了层压膜型电池。
<实施例5-2至实施例5-11>
这些实施例与实施例5-1相似,不同之处在于,如在以下表5中示出的改变固体颗粒的粒径和BET比表面积。对于每个实施例,生产了层压膜型电池。应注意,在实施例5-2中,使用如下调节的固体颗粒:将具有负极活性物质粒径D50的倍(0.15μm)的粒径的固体颗粒作为一些固体颗粒添加,使得将固体粒径D95调节至负极活性物质粒径D50的倍(0.15μm)。因此,在凹部底部部分中的颗粒之间的间隙填充有具有较大粒径的一些固体颗粒,并且因此,可以容易地过滤固体颗粒。
(电池评估)
对于每个实施例的所生产的电池,如在实施例1-1中,使用体积能量密度作为指标评估电池性能。
表5示出了评估结果。
[表5]
负极活性物质层的容量面积密度:4.0mAh/cm2
负极活性物质层中的空隙的容量面积密度:13.3mAh/cm2
初始容量:612Wh/L
如在表5中示出的,在实施例5-1至实施例5-11中,制成了合适的电极设计,并且固体颗粒包含在电解质中。因此,初始体积能量密度较高,并且甚至在重复快速充电之后,可以保持高体积能量密度。
<实施例6-1>
如在实施例1-1中,生产了层压膜型电池。
<实施例6-2>
实施例6-2与实施例6-1相似,不同之处在于,包含固体颗粒以及以凝胶形式形成的电解质层仅分别形成在正极的两个表面上。对于实施例6-2,生产了层压膜型电池。
<实施例6-3>
实施例6-3与实施例6-1相似,不同之处在于,包含固体颗粒以及以凝胶形式形成的电解质层仅分别形成在负极的两个表面上。对于实施例6-3,生产了层压膜型电池。
<实施例6-4>
实施例6-4与实施例6-1相似,不同之处在于,包含固体颗粒以及以凝胶形式形成的电解质层分别形成在隔膜的两个表面上,代替包含固体颗粒以及以凝胶形式形成的电解质层形成在电极上。对于实施例6-4,生产了层压膜型电池。
<实施例6-5>
如在实施例6-1中,首先生产了正极和负极,然后,制备了隔膜。
(固体颗粒层的形成)
然后,将22质量%的固体颗粒、作为粘合剂高分子化合物的3质量的PVdF、和作为溶剂的75质量%的NMP混合在一起以制备涂料,然后,将涂料涂覆于每个隔膜的两个表面。然后,通过干燥除去溶剂。
然后,以正极、隔膜、负极、和隔膜的顺序,将正极和负极以及在其两个表面上形成有固体颗粒层的隔膜堆叠在彼此上。然后,在其纵向方向上将这种堆叠体以平面形状卷绕多次。随后,用粘合带将生成物的卷绕端部固定。用这样的方式,形成了卷绕体。
然后,卷绕体夹在具有软铝层的层压膜之间。在除了其一侧外的外周缘部分将层压膜以袋状热熔合。因此,卷绕体容纳在层压膜内。然后,将非水电解质溶液注入至外部构件中,并且卷绕体浸渍有非水电解质溶液。然后,在真空气氛下热熔合并且密封层压膜的开口。以这样的方式,生产了如在图1中示出的以具有4.5mm的厚度、30mm的宽度、和50mm的高度的电池形状的层压膜型电池。
<实施例6-6>
在形成卷绕体之后,将封装的卷绕体插入加热的油中,然后,进行等静压制。因此,使固体颗粒推动至处于定位在正极活性物质层的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部以及处于定位在负极活性物质层的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部处。除以上之外,实施例6-6与实施例6-5相似。对于实施例6-6,生产了层压膜型电池。
<实施例6-7>
如在实施例6-1中,生产了正极和负极,然后,制备了隔膜。
在如以上描述的将涂覆溶液涂覆至每个隔膜的两个表面之后,干燥这种溶液以形成基体树脂层。
首先,用勃姆石颗粒和聚偏氟乙烯(PVdF)作为基体高分子化合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中的这种方式制备涂覆溶液。此时,相对于涂料的总量,勃姆石颗粒的含量为10质量%,相对于涂料的总量,PVdF的含量是10质量%,并且相对于涂料的总量,NMP的含量是80质量%。
然后,在将这种涂覆溶液涂覆至每个隔膜的两个表面之后,使隔膜穿过干燥器,从而除去NMP。以这样的方式,获得了形成有基体树脂层的隔膜。
[层压膜型电池的装配]
然后,以正极、隔膜、负极、和隔膜的顺序,将正极和负极以及在其两个表面上各自形成有基体树脂层的隔膜堆叠在彼此上。然后,在其纵向方向上将这种堆叠体以平面形状卷绕多次。随后,用粘合带将生成物的卷绕端部固定。以这样的方式,形成了卷绕电极体。
然后,将封装的卷绕电极体插入加热的油中,然后,进行等静压制。因此,使固体颗粒推动至正极活性物质层的最外表面部分中的凹部以及在负极活性物质层的最外表面部分中的凹部中。
然后,将卷绕电极体夹在外部构件之间,并且然后,在其三侧处将外部构件热熔合。应注意,将具有软铝层的层压膜用作外部构件。
此后,将电解质溶液注入外部构件中。随后,在下降的压力下,在其剩余一侧处将外部构件热熔合,然后密封。此时,含颗粒的树脂层浸渍有电解质溶液以膨胀基体高分子化合物。以这样的方式,形成了电解质凝胶(电解质凝胶层)。应注意,将与实施例1-1相似的电解质溶液用作电解质溶液。在以上描述的方式中,生产了如在图1中示出的以具有4.5mm的厚度、30mm的宽度、和50mm的高度的电池形状的层压膜型电池。
<实施例6-8>
如在实施例6-1中,首先生产了正极和负极,然后,制备了隔膜。
(固体颗粒层的形成)
然后,将作为固体颗粒的22质量%的勃姆石颗粒、作为粘合剂高分子化合物的3质量%的PVdF、和作为溶剂的75质量%的NMP混合在一起以制备涂料,然后,将涂料涂覆于正极和负极中的每一个的两个表面上。然后,刮去这些表面。随后,通过干燥除去NMP。以这样的方式,形成了固体颗粒层。
然后,以正极、隔膜、负极、和隔膜的顺序,将在其两个表面上形成有固体颗粒层的正极、在其两个表面上形成有固体颗粒层的负极、和隔膜堆叠在彼此上。然后,在其纵向方向上将这种的堆叠体以平面形状卷绕多次。随后,用粘性带将生成物的卷绕端部固定。用这样的方式,形成了卷绕体。
然后,卷绕体夹在具有软铝层的层压膜之间。在除了一侧外的外周缘部分将层压膜以袋状热熔合。卷绕体容纳在层压膜内。然后,将非水电解质溶液注入至外部构件中,并且卷绕体浸渍有非水电解质溶液。然后,在真空气氛下热熔合并且密封层压膜的开口。以这样的方式,生产了如在图1中示出的以具有4.5mm的厚度、30mm的宽度、和50mm的高度的电池形状的层压膜型电池。
<实施例6-9>
实施例6-9与实施例6-8相似,不同之处在于,固体颗粒层仅仅形成在正极的每个表面上。对于实施例6-9,生产了层压膜型电池。
<实施例6-10>
实施例6-10与实施例6-8相似,不同之处在于,固体颗粒层仅仅形成在负极的每个表面上。对于实施例6-10,生产了层压膜型电池。
<实施例6-11>
如在实施例6-1中,首先生产了正极和负极,然后,制备了隔膜。然后,如在实施例6-8中,固体颗粒层分别形成在正极和负极中的每一个的两个表面上。然后,如在实施例6-7中,基体树脂层分别形成在每个隔膜的两个表面上的固体颗粒层上。
然后,以正极、隔膜、负极、和隔膜的顺序,将正极和负极以及在其两个表面上形成有基体树脂层的隔膜堆叠在彼此上。然后,在其纵向方向上将这种的堆叠体以平面形状卷绕多次。随后,用粘性带将生成物的卷绕端部固定。以这样的方式,形成了卷绕电极体。
然后,将卷绕电极体夹在外部构件之间,然后,在其三侧处将外部构件热熔合。应注意,将具有软铝层的层压膜用作外部构件。
此后,将电解质溶液注入外部构件中。随后,在下降的压力下,在其剩余一侧处,将外部构件热熔合,然后,密封。此时,含颗粒的树脂层浸渍有电解质溶液以膨胀基体高分子化合物。用这样的方式,形成了电解质凝胶(电解质凝胶层)。应注意,将与实施例1-1相似的电解质溶液用作为电解质溶液。用以上描述的方式,生产了如在图1中示出的以具有4.5mm的厚度、30mm的宽度、和50mm的高度的电池形状的层压膜型电池。
<实施例6-12>
如在实施例6-1中,首先生产了正极和负极,然后,制备了隔膜。然后,将基体树脂层分别形成在正极和负极中的每一个的两个表面上。应注意,将与实施例实施例6-7相似的基体树脂层形成为基体树脂层。
然后,以正极、隔膜、负极、和隔膜的顺序,将在其两个表面上形成有基体树脂层的正极、在其两个表面上形成有基体树脂层的负极、和隔膜堆叠在彼此上。然后,在其纵向方向将这种的堆叠体以平面形状卷绕多次。随后,用粘性带将生成物的卷绕端部固定。以这样的方式,形成了卷绕电极体。
然后,将卷绕电极体夹在外部构件之间,然后,在其三侧处将外部构件热熔合。应注意,将具有软铝层的层压膜用作外部构件。
此后,将电解质溶液注入外部构件中。随后,在下降的压力下,在其剩余一侧处,将外部构件热熔合,然后,密封。此时,含颗粒的树脂层浸渍有电解质溶液以膨胀基体高分子化合物。以这样的方式,形成了电解质凝胶(电解质凝胶层)。应注意,将与实施例1-1相似的电解质溶液用作为电解质溶液。用以上描述的方式,生产了如在图1中示出的具有4.5mm的厚度、30mm的宽度、和50mm的高度的电池形状的层压膜型电池。
<实施例6-13>
如在实施例6-5中,固体颗粒层分别形成在每个隔膜的两个表面上。
然后,将正极、隔膜、负极、和隔膜以这样的顺序堆叠在彼此上。以这样的方式,形成了多层电极体。
然后,将正极端子连接至安全阀,该安全阀连接至电池盖,并且将负极端子连接至负极壳。使多层电极体容纳在电池壳内,其中多层电极夹在一对绝缘板之间。
随后,从以上绝缘板将非水电解质溶液注入至圆柱形电池壳中。最终,经由绝缘密封的垫圈,将电池盖锻制至电池壳的开口,以密封电池壳。以这样的方式,生产了具有18mm的直径和65mm的高度(ICR18650尺寸)的电池形状的圆柱形电池。
<实施例6-14>
如在实施例6-8中,将固体颗粒层分别形成在正极的两个表面以及负极的两个表面上。
然后,将正极、隔膜、负极、和另外的隔膜以这样的顺序堆叠在彼此上。以这样的方式,形成了多层电极体。
[矩形电池的组装]
然后,将多层电极体容纳在矩形电池壳内。随后,在将提供在电池盖处的电极销和突出在多层电极体以外的正极端子连接在一起之后,用电池盖密封电池壳。通过电解质溶液注入口注入非水电解质溶液,然后,用密封件密封电池壳。以这样的方式,生产了具有4.5mm的厚度、30mm的宽度、和50mm的高度的电池形状的矩形电池(453050尺寸)。
<实施例6-15>
在实施例6-15中,生产了如在图8和图9中示出的使用与实施例1-1的那些相似的层压膜型电池的简易电池组(软包装)。
对于每个生产的电池和电池组,如在实施例1-1中,使用体积能量密度作为指标评估电池性能。
表6示出了评估结果。
如在表6中示出的,在实施例6-1至实施例6-15中,制成了合适的电极设计,并且固体颗粒包含在电解质中。因此,初始体积能量密度较高,并且甚至在重复快速充电之后,可以保持高体积能量密度。
7.其他实施方式
以上已经参考实施方式和实施例描述了本技术。然而,本发明并不限于这些实施方式和实施例,且在本技术的主旨之内可以进行各种修改。
例如,在以上描述的实施方式和实施例中描述的数值、结构、形状、材料、原材料、制造方法等仅作为实例陈述。如必要的话,可以使用不同于以上的数值、结构、形状、材料、原材料、制造方法等。
此外,在没有背离本技术的主旨的情况下,可以将以上描述的实施方式和实施例的构造、方法、步骤、形状、材料、数值等结合在一起。例如,非水电解质电池可以是一次电池。
此外,本技术的电解质层相似地甚至可应用至其他电池结构如硬币形或纽扣形电池的情形。进一步地,在第二实施方式和第三实施方式中,可以使用多层电极体代替卷绕电极体。
应注意,本技术可以具有以下构造。
[1]
一种电池,包括:
在正极集电体的至少一侧上形成有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极;
在负极集电体的至少一侧上形成有包含负极活性物质的负极活性物质层的负极;
隔膜;以及
电解质,
其中,该电解质包含固体颗粒,
负极活性物质层的容量面积密度(mAh/cm2)等于或高于2.2mAh/cm2且等于或低于10mAh/cm2,以及
在负极活性物质层中的空隙的容量面积密度(mAh/cm2)等于或高于5.9mAh/cm2且等于或低于67mAh/cm2。
[2]
根据[1]的电池,其中
电解质包括含有电解质盐和溶剂的电解质溶液,以及
相对于电解质的质量,电解质盐的含量等于或高于10质量%且等于或低于40质量%。
[3]
根据[1]或[2]的电池,其中
固体颗粒的浓度等于或高于1体积%且等于或低于50体积%。
[4]
根据[1]至[3]中任一项的电池,其中,
固体颗粒是无机颗粒或有机颗粒中的至少任一种。
[5]
根据[4]的电池,其中
无机颗粒是选自由以下所组成的组中的至少一种的颗粒:硅氧化物、锌氧化物、锡氧化物、镁氧化物、锑氧化物、铝氧化物、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、碳酸锂、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、勃姆石、白碳、氧化锆水合物、氧化镁水合物、氢氧化镁八水合物、碳化硼、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氮化钛、氟化锂、氟化铝、氟化钙、氟化钡、氟化镁、磷酸三锂、磷酸镁、磷酸氢镁、聚磷酸铵、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、和氧化物矿物,以及
有机颗粒是选自由以下所组成的组中的至少一种的颗粒:三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸酯、三聚氰胺聚磷酸酯、交联的聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、和环氧树脂。
[6]
根据[5]的电池,其中
硅酸盐矿物是选自由以下所组成的组中的至少一种:滑石、硅酸钙、硅酸锌、硅酸锆、硅酸铝、硅酸镁、高岭石、海泡石、伊毛缟石、绢云母、叶蜡石、云母、沸石、莫来石、皂石、凹凸棒石、和蒙脱石,
碳酸盐矿物是选自由水滑石和白云石所组成的组中的至少一种,并且
氧化物矿物是尖晶石。
[7]
根据[1]至[6]中任一项的电池,其中
固体颗粒的粒径D95等于或大于活性物质颗粒的粒径D50的倍。
[8]
根据[1]至[7]中任一项的电池,其中
固体颗粒的粒径D50等于或大于0.1μm且等于或小于活性物质颗粒的粒径D50μm。
[9]
根据[1]至[8]中任一项的电池,其中
固体颗粒的BET比表面积等于或大于1m2/g且等于或小于60m2/g。
[10]
根据[1]至[9]中任一项的电池,其中
电解质包括含有电解质盐和溶剂的电解质溶液、以及保持电解质溶液的高分子化合物。
[11]
根据[1]至[10]中任一项的电池,其中
在负极侧凹部浸渍区域与负极侧深部区域之间存在固体颗粒浓度差,
负极侧凹部浸渍区域容纳电解质和固体颗粒并且包括处于定位在负极活性物质层的最外表面部分中的邻近负极活性物质颗粒之间的凹部,
负极侧深部区域容纳电解质或电解质和固体颗粒并且在负极活性物质层中定位在比负极侧凹部浸渍区域更深的位置,并且
在负极侧凹部浸渍区域中的固体颗粒的浓度高于在负极侧深部区域中的固体颗粒的浓度。
[12]
根据[11]的电池,其中
在正极侧凹部浸渍区域与正极侧深部区域之间存在固体颗粒浓度差
正极侧凹部浸渍区域容纳电解质和固体颗粒并且包括处于定位在正极活性物质层的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,
正极侧深部区域容纳电解质或电解质和固体颗粒并且在正极活性物质层中定位在比正极侧凹部浸渍区域更深的位置,并且
在正极侧凹部浸渍区域中的固体颗粒的浓度高于在正极侧深部区域中的固体颗粒的浓度。
[13]
根据[1]至[10]中任一项的电池,其中
在正极侧凹部浸渍区域与正极侧深部区域之间存在固体颗粒浓度差
正极侧凹部浸渍区域容纳电解质和固体颗粒并且包括处于定位在正极活性物质层的最外表面部分中的邻近正极活性物质颗粒之间的凹部,
正极侧深部区域容纳电解质或电解质和固体颗粒并且在正极活性物质层中定位于比正极侧凹部浸渍区域更深的位置,并且
在正极侧凹部浸渍区域中的固体颗粒的浓度高于在正极侧深部区域中的固体颗粒的浓度。
[14]
根据[1]至[13]中任一项的电池,其中
将固体颗粒涂覆至隔膜、正极、和负极中的至少任一种,并且固体颗粒包含在电解质中。
[15]
根据权利要求1的电池,其中
隔膜包含由树脂制成的多孔膜或无纺布。
[16]
一种电池组,包括:
根据[1]至[15]中任一项的电池;
配置为控制电池的控制部;以及
容纳电池的外部。
[17]
一种电子设备,包括:
根据[1]至[15]中任一项的电池;
其中,该电子设备配置为接收从电池供应的电力。
[18]
一种电动车辆,包括:
根据[1]至[15]中任一项的电池;
转换装置,配置为接收从电池供应的电力以将电力转换成用于车辆的驱动力;以及
控制装置,配置为基于有关电池的信息处理有关车辆控制的信息。
[19]
一种电力存储装置,包括:
根据[1]至[15]中任一项的电池,
其中,电力存储装置配置为将电力供应至连接到电池的电子设备。
[20]
根据[19]的电力存储装置,包括配置为经由网络通过其他设备传输/接收信号的电力信息控制装置、基于由电力信息控制装置接收的信息进行电池的充电/放电控制。
[21]
一种电力系统,配置为接收从根据[1]至[15]中任一项的电池供应的电力或者配置为将电力从发电装置或电力网络供应至电池。
符号的说明
50…卷绕电极体、51…正极引线、52…负极引线、53…正极、53A…正极集电体、53B…正极活性物质层、54…负极、54A…负极集电体、54B…负极活性物质层、55…隔膜、56…电解质层、57…保护带、60…外部构件、61…粘合膜、70…多层电极体、71…正极引线、72…负极引线、73…正极、74…负极、75…隔膜、76…固定构件、81…电池壳、82a,82b…绝缘板、83…电池盖、84…安全阀、84a…突出部、85…盘支架、86…阻断盘、86a…孔、87…热敏电阻元件、88…垫圈、89…子盘、90…卷绕电极体、91…正极、91A…正极集电体、91B…正极活性物质层、92…负极、92A…负极集电体、92B…负极活性物质层、93…隔膜、94…中心销、95…正极引线、96…负极引线、111…外壳、112…电池盖、113…电极销、114…绝缘体、115…通孔、116…内部压力释放机构、116a…第一开口槽、116b…第二开口槽、117…电解质溶液注入口、118…密封件、120…卷绕电极体、101…电池单元、101a…平台、102a,102b…引线、103a至103c…绝缘带、104…绝缘板、105…电路板、106…连接器、211…电源、212…正极引线、213…负极引线、214,215…极耳、216…电路板、217…连接器引线、218,219…粘合带、220…标签、221…控制部、222…开关、224…温度检测器、225…正极端子、227…负极端子、231…绝缘片、301…组电池、301a…二次电池、302a…充电控制开关、302b…二极管、303a…放电控制开关、303b…二极管、304…开关、307…电流检测电阻、308…温度检测元件、310…控制部、311…电压检测器、313…电流测量器、314…开关控制部、317…存储器、318…温度检测器、321…正极端子、322…负极端子、400…电力存储系统、401…住宅、402…集中电力系统、402a…热力发电、402b…原子能发电、402c…水力发电、403…电力存储装置、404…发电装置、405…电力消耗装置、405a…冰箱、405b…空气调节器、405c…电视机、405d…浴器、406…电动车辆、406a…电动汽车、406b…混合动力汽车、406c…电动摩托车、407…智能仪表、408…电力枢纽、409…电力网络、410…控制装置、411…传感器、412…信息网络、413…服务器、500…混合动力车辆、501…发动机、502…发电机、503…电力至驱动力转换装置、504a…驱动轮、504b…驱动轮、505a…轮、505b…轮、508…电池、509…车辆控制装置、510…传感器、511…充电入口。