CN107836061A - 非水电解质电池及电池包 - Google Patents

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Abstract

根据实施方式，提供一种包含电极组和非水电解质的非水电解质电池。电极组是正极、负极及配置在正极与负极之间的隔膜卷绕而成的。隔膜的卷绕方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下。

Description

非水电解质电池及电池包
技术领域
本发明的实施方式涉及非水电解质电池及电池包。
背景技术
对于锂电池、锂离子电池这样的非水电解质电池的隔膜，一直使用由聚烯烃、纤维素纤维等形成的无纺布。为了应对非水电解质电池的高容量化的要求，对减薄隔膜的厚度进行了研究。然而，若减薄隔膜的厚度，则由于在充放电循环的中途产生内部短路，或者无法充分吸收因充放电而引起的电极的膨胀收缩，对电极局部地施加力而在电流分布中出现大的差异，所以产生充放电循环寿命变短这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-227116号公报
专利文献2：日本特开2013-204154号公报
非专利文献
非专利文献1：神保元二等：“微粒手册”朝仓书店(1991年)
非专利文献2：早川宗八郎编：“粉体物性测定法”朝仓书店(1973年)
发明内容
本发明所要解决的课题在于提供能够改善充放电循环寿命性能的非水电解质电池、和具备该非水电解质电池的电池包。
根据实施方式，提供一种非水电解质电池，其包含电极组和非水电解质。电极组是正极、负极及配置在正极与负极之间的隔膜卷绕而成的。隔膜的卷绕方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下。
此外，根据实施方式，提供一种电池包，其包含该非水电解质电池。
附图说明
图1是实施方式所述的非水电解质电池的分解立体图。
图2是图1的非水电解质电池中使用的电极组的局部展开立体图。
图3是表示实施方式所述的电池包的电路的方框图。
图4是表示实施例及比较例的非水电解质电池的伴随充放电循环数的变化的容量维持率的变化的图表。
具体实施方式
(第1实施方式)
根据第1实施方式，提供一种非水电解质电池，其包含电极组和非水电解质。电极组是正极、负极及配置在正极与负极之间的隔膜以扁平或圆筒状卷绕而成的。对于隔膜，其卷绕方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下，此外隔膜为多孔质。其中，对于卷绕方向(以下称为MD(machine direction)方向)，可以使用隔膜的长边方向、或与电极组的卷绕轴垂直的方向。上述隔膜即使是其厚度薄的情况下柔软性也优异，能够像弹簧那样通过孔的形状发生变化而追随伴随充放电循环时的膨胀收缩的电极组或正负极的变形而发生变形。其结果是，由于对电极施加的力被分散，所以变得能够防止电流分布中出现大的差异。此外，能够避免在充放电循环的中途隔膜断裂而正极与负极相接并产生内部短路。进而，隔膜发生变形，结果是由于隔膜伸长，所以隔膜的孔变大而能够期待锂离子透过性或电解液的渗透性的改善。以上的结果是，能够提高非水电解质电池的充放电循环性能。拉伸弹性模量的更优选的范围为500～1300(N/mm2)。
若将拉伸弹性模量设定为低于200(N/mm2)，则由于隔膜的变形量变大，所以对电极施加的力产生不均。由此，产生电流分布差而活性物质变得不能被同样地充放电。其结果是，形成急剧地劣化的部分和没有劣化的部分，促进充放电循环时的容量劣化。另一方面，若拉伸弹性模量超过2000(N/mm2)，则隔膜无法追随充放电循环时的电极组或电极的变形而发生断裂，在充放电循环中导致内部短路的概率变高。
隔膜的MD方向的拉伸弹性模量通过下面的方法测定。首先，依据JISC2300-2，准备宽度15mm×长度约250mm的隔膜。此外，隔膜的厚度也依据JIS C2300-2，将10片隔膜重叠而测定其厚度，由该值算出每1片隔膜的平均值。由这些宽度、长度及厚度的值可以求出截面积。之后，基于抗拉强度JIS-P8113测定隔膜的MD方向的抗拉强度及位移量。将测定时的张力设为F(N)，将供于测定的样品的截面积设为S(mm2)，将供于测定的样品的长度设为L(mm)，将样品的位移量设为ΔL(mm)，由下述(2)式得到MD方向的拉伸弹性模量X(N/mm2)。
X＝(F/S)/(ΔL/L)(2)
隔膜优选满足下述(1)式。
1.5≤FMD/FTD≤10(1)
FMD为隔膜的MD方向的抗拉强度。FTD为与MD方向垂直的方向的抗拉强度。FMD及FTD基于抗拉强度JIS-P8113测定。
由于通过将FMD/FTD的值设定为上述范围，隔膜能够充分地吸收充放电循环时的膨胀收缩，所以能够降低因充放电而产生的电极的变形量。由此，能够进一步提高充放电循环性能。
若将FMD/FTD的值设定为低于1.5，则构成隔膜的无纺布的纤维向MD方向的取向不充分，难以得到令人满意的MD方向抗拉强度。此外，若FMD/FTD的值超过10，则变成在MD方向上仅排列长的纤维那样的状态，有可能变成在TD方向上容易开裂的状态。
隔膜利用水银压入法的细孔径分布中的众数径优选为1μm以上且10μm以下。由于通过将众数径设定为1μm以上，隔膜的柔软性增加，但若众数径过大，则诱发内部短路，所以众数径优选设定为1μm以上且10μm以下。
负极优选包含钛酸锂。由于钛酸锂在没有嵌入Li的状态下为绝缘体，所以若将钛酸锂设定为负极活性物质，则通过隔膜的变形(伸长)而孔变大，在正负极稍微接触的情况下也变得难以产生内部短路。通过将钛酸锂设定为负极活性物质，并且将隔膜的利用水银压入法的细孔径分布中的众数径设定为1μm以上且10μm以下，能够降低充放电循环中的内部短路发生率。
以下记载利用水银压入法的细孔径分布中的众数径的测定方法。
对于测定装置，使用岛津Autopore 9520(由Shimadzu公司制造的Autopore 9520型)或具有与其同等的功能的装置。对于试样，将电极切断成约25×25mm2尺寸，将其折叠后采集到测定电池中，在初期压力20kPa(初期压力20kPa相当于约3psia，此外，相当于对细孔直径为约60μm的试样施加的压力)及最高压力414Mpa(最高压力414Mpa相当于约59986psia，此外，相当于对细孔直径为约0.003μm的试样施加的压力)的条件下测定。使用3个试样的平均值作为测定结果。在数据整理时，细孔比表面积是将细孔的形状作为圆筒形来进行计算的。
另外，水银压入法的解析原理基于Washburn的式(B)。
D＝-4γcosθ/P(B)式
其中，P为施加的压力，D为细孔直径，γ为水银的表面张力(480dyne·cm-1)，θ以水银与细孔壁面的接触角计为140°。由于γ、θ为常数，所以由Washburn的式子求出施加的压力P与细孔直径D的关系，通过测定此时的水银侵入体积，可以导出细孔直径和其体积分布。将提供所得到的细孔直径的体积分布的峰值的细孔直径作为众数径。测定法·原理等详细情况参照神保元二等的“微粒手册”朝仓书店(1991年)、早川宗八郎编的“粉体物性测定法”朝仓书店(1973年)等。
另外，从电池中取出隔膜，在碳酸乙甲酯中浸渍而除去Li盐等电解质后，将干燥而得到的物质作为测定样品。
对实施方式所述的非水电解质电池进行详细说明。
实施方式所述的非水电解质电池具备正极、负极、配置在正极及负极之间的隔膜和非水电解质。
正极可以包含正极集电体和担载于正极集电体的一面或两面上的正极材料层(含正极活性物质层)。
正极材料层可以包含正极活性物质。正极材料层也可以根据需要进一步包含导电剂及粘结剂。
正极集电体也可以包含在表面没有担载正极材料层的部分。正极集电体中的正极材料层无担载部分可以作为正极极耳起作用。或者，正极也可以包含不同于正极集电体的另外的正极极耳。
负极可以包含负极集电体和担载于负极集电体的一面或两面上的负极材料层(含负极活性物质层)。
负极材料层可以包含负极活性物质。负极材料层也可以根据需要进一步包含导电剂及粘结剂。
负极集电体可以包含在表面没有担载负极材料层的部分。该部分可以作为负极极耳起作用。或者，负极也可以包含不同于负极集电体的另外的负极极耳。
隔膜配置在正极与负极之间。由此，正极材料层与负极材料层可以隔着隔膜而对置。
正极、负极及隔膜可以构成电极组。电极组可以具有各种结构。例如，电极组可以具有卷绕型的结构。卷绕型的结构中包含扁平形状、圆筒形状。卷绕型的电极组可以通过例如使隔膜、正极、隔膜和负极依次层叠而制作层叠体，并将该层叠体按照例如负极位于外侧的方式卷绕来得到。
非水电解质可含浸在这样的电极组中。
实施方式所述的非水电解质电池可以进一步具备正极端子及负极端子。
正极端子通过其一部分与正极的一部分电连接，可以作为用于电子在正极与外部电路之间移动的导体起作用。正极端子可以与例如正极集电体、特别是正极极耳连接。同样地，负极端子通过其一部分与负极的一部分电连接，可以作为用于电子在负极与外部端子之间移动的导体起作用。负极端子例如可以与负极集电体、特别是负极极耳连接。
实施方式所述的非水电解质电池可以进一步具备外包装部件。外包装部件可以收纳电极组及非水电解质。正极端子及负极端子各自的一部分可以从外包装部件伸出。
以下，说明实施方式所述的非水电解质电池中包含的各部件。
1)负极
对于负极集电体，例如使用金属箔或合金箔。集电体的厚度优选为20μm以下，更优选为15μm以下。作为金属箔，可列举出铜箔、铝箔之类的金属箔。铝箔的情况下，优选具有99重量％以上的纯度。作为合金箔，可列举出不锈钢箔、铝合金箔之类的合金箔。铝合金箔中的铝合金优选包含选自由镁、锌及硅构成的组中的至少一种元素。合金成分中的铁、铜、镍、铬等过渡金属的含量优选设定为1重量％以下。
作为负极活性物质，可列举出能够嵌入脱嵌锂的碳质物(例如石墨、硬碳、软碳、石墨烯)、含钛氧化物、硫化物、锂氮化物、例如SnB0.4P0.6O3.1等无定形锡氧化物、例如SnSiO3等锡硅氧化物、例如SiO等氧化硅、例如WO3等钨氧化物之类的物质。负极活性物质的种类可以设定为一种或两种以上。
含钛氧化物、无定形锡氧化物、锡硅氧化物、氧化硅、钨氧化物在氧化物合成时不包含锂，但可以通过充电而包含锂。
含钛氧化物的例子中包括尖晶石型的含钛氧化物、锐钛矿型的含钛氧化物、金红石型的含钛氧化物、青铜型或单斜晶型的含钛氧化物、斜方锰矿型的含钛氧化物、含有Ti和选自由P、V、Sn、Cu、Ni、Nb及Fe构成的组中的至少一种元素的金属复合氧化物。作为含有Ti和选自由P、V、Sn、Cu、Ni、Nb及Fe构成的组中的至少一种元素的金属复合氧化物，可列举出例如TiO2-P2O5、TiO2-V2O5、TiO2-P2O5-SnO2、TiO2-P2O5-MeO(Me为选自由Cu、Ni及Fe构成的组中的至少一种元素)、Nb2TiO7等。该金属复合氧化物优选为结晶性低、且结晶相与无定形相共存、或者以无定形相单独存在的显微结构。通过这样的显微结构，能够大幅地提高循环性能。
锐钛矿型、金红石型、青铜型或单斜晶型的含钛氧化物的组成可以以TiO2表示。
对于尖晶石型的含钛氧化物的例子，可列举出尖晶石型锂钛复合氧化物。作为尖晶石型锂钛复合氧化物，可列举出Li4+xTi5O12(x通过充放电反应在0≤x≤3的范围内变化)等钛酸锂。可以单独使用尖晶石型锂钛复合氧化物，也可以将多种其他活性物质混合。作为混合的其他负极活性物质，可列举出能够嵌入/脱嵌锂的锂化合物。作为这样的锂化合物，可列举出锂氧化物、锂硫化物、锂氮化物等。它们中，也包括在未充电状态下为不包含锂的金属化合物但通过充电而变成包含锂的化合物。
作为斜方锰矿型的含钛氧化物的例子，可列举出Li2+yTi3O7(y通过充放电反应在-1≤y≤3的范围内变化)等。
作为硫化物，例如可列举出例如TiS2等硫化钛、例如MoS2等硫化钼、例如FeS、FeS2、LixFeS2(0≤x≤2)等硫化铁等。
作为锂氮化物，可列举出例如锂钴氮化物(例如LixCoyN，其中，0＜x＜4，0＜y＜0.5)等。
优选的负极活性物质为包含钛酸锂的物质。
作为导电剂，可列举出例如含碳的材料(乙炔黑、科琴黑、石墨等)、金属粉末。
作为粘结剂，可列举出例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、氟系橡胶、丁苯橡胶等。
负极材料层的单位面积重量优选设定为10g/m2以上且300g/m2以下的范围。进一步优选的范围为20g/m2以上且200g/m2以下。
负极材料层的密度优选设定为1.5g/cm3以上且3.2g/cm3以下的范围。进一步优选的范围为1.8g/cm3以上且2.5g/cm3以下。
负极可以例如通过下述方法制作：在粉末状的负极活性物质中添加导电剂及粘结剂，并使它们悬浮到适当的溶剂中，将该悬浮物(浆料)涂布于集电体上，进行干燥、加压而制成带状电极。
负极活性物质、导电剂及粘结剂的配合比优选设定为：负极活性物质为73～98重量％、导电剂为0～20重量％、粘结剂为2～7重量％的范围。
2)正极
对于正极活性物质的例子，可列举出各种氧化物、硫化物等。可列举出例如二氧化锰(MnO2)、氧化铁、氧化铜、氧化镍、锂锰复合氧化物(例如LixMn2O4或LixMnO2)、锂镍复合氧化物(例如LixNiO2)、锂钴复合氧化物(例如LixCoO2)、锂镍钴复合氧化物(例如LixNi1-y- zCoyMzO2(M为选自由Al、Cr及Fe构成的组中的至少一种元素，0≤y≤0.5、0≤z≤0.1))、锂锰钴复合氧化物(例如LixMn1-y-zCoyMzO2(M为选自由Al、Cr及Fe构成的组中的至少一种元素，0≤y≤0.5、0≤z≤0.1))、锂锰镍复合化合物(例如LixMn1/2Ni1/2O2)、尖晶石型锂锰镍复合氧化物(例如LixMn2-yNiyO4)、具有橄榄石结构的磷酸锂化合物(例如LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4等)、硫酸铁(例如Fe2(SO4)3)、钒氧化物(例如V2O5)、LixNi1-a-bCoaMnbMcO2(0.9＜x≤1.25、0＜a≤0.4、0≤b≤0.45、0≤c≤0.1，M表示选自由Mg、Al、Si、Ti、Zn、Zr、Ca及Sn构成的组中的至少1种元素)等。此外，还可列举出聚苯胺或聚吡咯等导电性聚合物材料、二硫化物系聚合物材料、硫(S)、氟化碳等有机材料及无机材料。另外，对于上述中没有记载优选的范围的x、y及z，优选为0以上且1以下的范围。
正极活性物质的种类可以设定为一种或两种以上。
作为导电剂，例如可列举出炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯类、焦炭等。其中，优选炭黑、石墨。作为炭黑，可列举出乙炔黑、科琴黑、炉黑等。
作为粘结剂，可列举出例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚丙烯酸、氟系橡胶等。
正极集电体优选由铝箔或铝合金箔形成。铝箔及铝合金箔的平均晶粒直径优选为50μm以下。更优选为30μm以下。进一步优选为5μm以下。通过平均晶粒直径为50μm以下，能够飞跃地增大铝箔或铝合金箔的强度，能够将正极以高的加压压力高密度化，能够增大电池容量。
集电体的厚度为20μm以下，更优选为15μm以下。铝箔的纯度优选为99重量％以上。作为铝合金，优选包含选自由镁、锌及硅构成的组中的一种以上的元素的合金。另一方面，铁、铜、镍、铬等过渡金属的含量优选设定为1重量％以下。
正极材料层的单位面积重量优选设定为10g/m2以上且300g/m2以下的范围。进一步优选的范围为20g/m2以上且220g/m2以下。
正极材料层的密度优选设定为2.0g/cm3以上且4.5g/cm3以下的范围。进一步优选的范围为2.8g/cm3以上且4.0g/cm3以下。
该正极例如通过下述方法制作：在正极活性物质中添加导电剂及粘结剂，并使它们悬浮到适当的溶剂中，将该悬浮物涂布于铝箔等集电体上，进行干燥、加压，从而制成带状电极。
正极活性物质、导电剂及粘结剂的配合比优选设定为：正极活性物质为80～95重量％、导电剂为3～20重量％、粘结剂为2～7重量％的范围。
3)非水电解质
该非水电解质可以包含非水溶剂和溶解于该非水溶剂中的电解质盐。此外，也可以在非水溶剂中包含聚合物。
作为电解质盐的例子，可列举出LiPF6、LiBF4、Li(CF3SO2)2N(双(三氟甲磺酰)酰胺锂；通称LiTFSI)、LiCF3SO3(通称LiTFS)、Li(C2F5SO2)2N(双(五氟乙磺酰)酰胺锂；通称LiBETI)、LiClO4、LiAsF6、LiSbF6、双草酸硼酸锂(LiB(C2O4)2(通称LiBOB))、二氟(草酸)硼酸锂(LiF2BC2O4)、二氟(三氟-2-氧化-2-三氟-甲基丙酸根合(2-)-O,O)硼酸锂(LiBF2(OCOOC(CF3)2)(通称LiBF2(HHIB)))、二氟磷酸锂(LiPO2F2)等锂盐。这些电解质盐可以使用一种或也可以将两种以上混合使用。特别优选LiPF6、LiBF4、双草酸硼酸锂(LiB(C2O4)2(通称LiBOB))、二氟(草酸)硼酸锂(LiF2BC2O4)、二氟(三氟-2-氧化-2-三氟-甲基丙酸根合(2-)-O,O)硼酸锂(LiBF2(OCOOC(CF3)2)(通称LiBF2(HHIB)))、二氟磷酸锂(LiPO2F2)。
电解质盐浓度优选设定为0.5M以上且3M以下的范围内。由此，能够提高流过高负荷电流时的性能。
作为非水溶剂，没有特别限定，但可列举出碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、γ-丁内酯(GBL)、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-MeHF)、1,3-二氧杂环戊烷、环丁砜、乙腈(AN)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸二丙酯(DPC)等。这些溶剂可以使用一种或也可以将两种以上混合使用。此外，将溶剂两种以上组合的情况下，优选在全部溶剂中从介电常数为20以上的溶剂中选择。
也可以在该非水电解质中添加添加剂。作为添加剂，没有特别限定，但可列举出碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、氟代碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸乙基亚乙烯酯、碳酸丙基亚乙烯酯、碳酸丁基亚乙烯酯、碳酸二甲基亚乙烯酯、碳酸二乙基亚乙烯酯、碳酸二丙基亚乙烯酯、醋酸亚乙烯酯(VA)、丁酸亚乙烯酯、己酸亚乙烯酯、巴豆酸亚乙烯酯、儿茶酚碳酸酯、丙烷磺内酯、丁烷磺内酯等。添加剂的种类可以设定为一种或两种以上。
4)隔膜
隔膜的MD方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下。对于隔膜，可以使用满足这样的条件的多孔质膜、无纺布。也可以在该多孔质膜、无纺布中包含无机粒子。构成隔膜的材料可以为一种，或也可以将两种以上组合使用。作为材料，没有特别限定，例如可列举出选自由聚烯烃、纤维素、聚酯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酰亚胺、聚四氟乙烯及维尼纶构成的组中的至少一种聚合物。
隔膜的厚度优选设定为4μm以上且30μm以下。更优选的范围为8μm以上且25μm以下。
隔膜的拉伸弹性模量例如可以通过隔膜的厚度及单位面积重量(g/mm2)而调整。若增厚隔膜的厚度、或者增大单位面积重量(g/mm2)，则由于隔膜的强度增加，所以能够增大拉伸弹性模量。另一方面，若减薄隔膜的厚度、或者减小单位面积重量(g/mm2)，则能够减小拉伸弹性模量。FMD和FTD可以通过变更纤维长和纤维的取向性而调整。
5)外包装部件
外包装部件使用厚度为0.5mm以下的层压膜或厚度为3mm以下的金属制容器。金属制容器更优选厚度为0.5mm以下。此外，也可以使用树脂制容器。形成树脂制容器的材料的例子中包括聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯系树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚亚苯基系树脂、氟系树脂等。
作为外包装部件的形状、即电池形状，可列举出扁平型(薄型)、方型、圆筒型、硬币型、纽扣型等。此外，电池也可以适用于例如装载于便携用电子设备等中的小型用途、装载于两轮至四轮的汽车等中的大型用中途的任一种。
层压膜使用在树脂层间夹有金属层的多层膜。为了轻量化，金属层优选铝箔或铝合金箔。树脂层可以使用例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高分子材料。层压膜可以通过热熔融粘合进行密封而成形为外包装部件的形状。
金属制容器由铝或铝合金等制作。铝合金优选包含选自由镁、锌及硅构成的组中的至少一种元素等。在合金中包含铁、铜、镍、铬等过渡金属的情况下，其量优选设定为100ppm以下。
6)负极端子
负极端子可以由铝、或含有选自由Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及Si构成的组中的至少一种元素的铝合金形成。为了降低与负极集电体的接触电阻，负极端子优选由与负极集电体相同的材料形成。
7)正极端子
正极端子优选由铝、或含有选自由Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及Si构成的组中的至少一种元素的铝合金形成。为了降低与正极集电体的接触电阻，正极端子优选由与正极集电体相同的材料形成。
将实施方式的非水电解质电池的一个例子示于图1中。图1中所示的电池为密闭型的方型非水电解质电池。非水电解质电池具备外包装罐1、盖2、正极外部端子3、负极外部端子4和电极组5。由外包装罐1和盖2构成外包装部件。
外包装罐1呈有底方筒形状，例如由铝、铝合金、铁或不锈钢等金属形成。
如图2中所示的那样，扁平型的电极组5为在正极6和负极7之间隔着隔膜8并使它们卷绕成扁平形状的电极组。正极6包含例如由金属箔构成的带状的正极集电体、由与正极集电体的长边平行的一端部构成的正极集电极耳6a和至少除了正极集电极耳6a的部分以外形成于正极集电体上的正极材料层(含正极活性物质层)6b。另一方面，负极7包含例如由金属箔构成的带状的负极集电体、由与负极集电体的长边平行的一端部构成的负极集电极耳7a和至少除了负极集电极耳7a的部分以外形成于负极集电体上的负极材料层(含负极活性物质层)7b。图2中，将隔膜的MD方向表示为MD，将与MD方向垂直的方向表示为TD(transverse direction)。
这样的正极6、隔膜8及负极7按照正极集电极耳6a沿电极组的卷绕轴方向从隔膜8突出、且负极集电极耳7a沿与其相反方向从隔膜8突出的方式将正极6及负极7的位置错开而卷绕。通过这样的卷绕，电极组5如图2中所示的那样，卷绕成涡旋状的正极集电极耳6a从一个端面突出，且卷绕成涡旋状的负极集电极耳7a从另一个端面突出。电解液(未图示)被含浸于电极组5中。
如图1中所示的那样，正极集电极耳6a及负极集电极耳7a分别以电极组的卷绕中心附近为边界分成两个束。导电性的夹持部件9具有形成大致コ字状的第1、第2夹持部9a、9b、和将第1夹持部9a与第2夹持部9b电连接的连结部9c。正负极集电极耳6a、7a各自的一个束通过第1夹持部9a被夹持、且另一个束通过第2夹持部9b被夹持。
正极引线10具有大致长方形状的支撑板10a、在支撑板10a处开口的贯通孔10b和从支撑板10a分支成两岔且向下方伸出的长条状的集电部10c、10d。另一方面，负极引线11具有大致长方形状的支撑板11a、在支撑板11a处开口的贯通孔11b和从支撑板11a分支成两岔且向下方伸出的长条状的集电部11c、11d。
正极引线10在集电部10c、10d之间夹着夹持部件9。集电部10c配置于夹持部件9的第1夹持部9a上。集电部10d配置于第2夹持部9b上。集电部10c、10d与第1、第2夹持部9a、9b与正极集电极耳6a通过例如超声波焊接被接合。由此，电极组5的正极6与正极引线10介由正极集电极耳6a而电连接。
负极引线11在集电部11c、11d之间夹着夹持部件9。集电部11c配置于夹持部件9的第1夹持部9a上。另一方面，集电部11d配置于第2夹持部9b上。集电部11c、11d与第1、第2夹持部9a、9b与负极集电极耳7a通过例如超声波焊接而接合。由此，电极组5的负极7与负极引线11介由负极集电极耳7a而电连接。
正负极引线10、11及夹持部件9的材质没有特别指定，但优选设定为与正负极外部端子3、4相同的材质。对于正极外部端子3，使用例如铝或铝合金，对于负极外部端子4，使用例如铝、铝合金、铜、镍、镀镍的铁等。例如在外部端子的材质为铝或铝合金的情况下，优选将引线的材质设定为铝、铝合金。此外，在外部端子为铜的情况下，优选将引线的材质设定为铜等。
矩形板状的盖2例如以激光被缝焊于外包装罐1的开口部上。盖2由例如铝、铝合金、铁或不锈钢等金属形成。盖2和外包装罐1优选由相同种类的金属形成。正极外部端子3与正极引线10的支撑板10a电连接，负极外部端子4与负极引线11的支撑板11a电连接。绝缘垫圈12配置在正负极外部端子3、4与盖2之间，将正负极外部端子3、4与盖2电绝缘。绝缘垫圈12优选为树脂成形品。
根据以上说明的第1实施方式的非水电解质电池，由于具备卷绕方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下的隔膜，所以能够提高充放电循环性能。
(第2实施方式)
根据第2实施方式，提供一种包含非水电解质电池的电池包。非水电解质电池使用第1实施方式所述的非水电解质电池。电池包中包含的非水电解质电池(单电池)的数目可以设定为1个或多个。
多个非水电解质电池可以以串联、并联、或将串联及并联组合的方式电连接而构成组电池。电池包也可以包含多个组电池。
电池包可以进一步具备保护电路。保护电路具有控制非水电解质电池的充放电的功能。此外，可以将使用电池包作为电源的装置(例如电子设备、汽车等)中包含的电路作为电池包的保护电路使用。
此外，电池包也可以进一步具备通电用的外部端子。通电用的外部端子是用于将来自非水电解质电池的电流输出到外部、及向非水电解质电池输入电流的部件。换而言之，在将电池包作为电源使用时，电流通过通电用的外部端子而供给到外部。此外，在将电池包进行充电时，充电电流(包括汽车的动力的再生能量)通过通电用的外部端子而供给到电池包中。
参照图3对这样的电池包进行详细说明。多个单电池21彼此以串联的方式电连接而构成组电池22。正极侧引线23与组电池22的正极端子连接，其前端插入至正极侧连接器24中而电连接。负极侧引线25与组电池22的负极端子连接，其前端插入至负极侧连接器26中而电连接。这些连接器24、26通过布线27、28与保护电路29连接。
热敏电阻30检测单电池21的温度，并将其检测信号发送至保护电路29。保护电路29在规定的条件下可以将保护电路29与向外部设备通电用的端子31之间的正极侧布线32a及负极侧布线32b切断。规定的条件是指例如热敏电阻30的检测温度达到规定温度以上时。此外，规定的条件是指检测到单电池21的过充电、过放电、过电流等时。该过充电等的检测是对各个单电池21或者单电池21整体进行。在检测各个单电池21时，可以检测电池电压，也可以检测正极电位或者负极电位。在后者的情况下，在各个单电池21中插入作为参比电极使用的锂电极。在图3的情况下，在单电池21上分别连接用于电压检测的布线33，检测信号通过这些布线33被发送至保护电路29。
图3中示出将单电池21串联连接的形态，但也可以为了增大电池容量而以并联的方式连接。也可以将组装好的电池包以串联、并联或将串联与并联组合的方式连接。
此外，电池包的形态根据用途而适当变更。作为电池包的用途，优选期望大电流特性下的循环特性的用途。具体而言，可列举出数码相机的电源用、或两轮至四轮的混合动力电动汽车、两轮至四轮的电动汽车、助力自行车等车载用。特别是适合车载用。
在搭载有本实施方式所述的电池包的汽车中，电池包例如是将汽车的动力的再生能量回收的部件。
根据以上详细叙述的第2实施方式的电池包，由于包含第1实施方式的非水电解质电池，所以能够提供充放电循环性能优异的电池包。
实施例
以下对实施例进行说明，但只要不超出本发明的主旨，本发明并不限定于以下记载的实施例。
(实施例1)
＜正极的制作>
作为正极活性物质，准备LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。此外，作为导电剂，准备石墨及乙炔黑。进而，作为粘结剂，准备聚偏氟乙烯(PVdF)。接着，将正极活性物质、石墨、乙炔黑及PVdF混合而得到混合物。此时，石墨按照相对于制作的正极整体成为2.5重量％的比例的方式添加。乙炔黑按照相对于制作的正极整体成为2.5重量％的比例的方式添加。PVdF按照相对于制作的正极整体成为5重量％的方式添加。接着，将所得到的混合物分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中而制备浆料。将所得到的浆料按照每单位面积的涂布量成为80g/m2的方式涂布在厚度为15μm的铝箔上并使其干燥。接着，将干燥后的涂膜加压。如此，制作了正极材料层的单位面积重量为80g/m2、且密度为3g/cm3的正极。
＜负极的制作>
作为负极活性物质，准备尖晶石型锂钛复合氧化物Li4Ti5O12。此外，作为导电剂，准备石墨。进而，作为粘结剂，准备PVdF。接着，将负极活性物质、石墨及PVdF混合而得到混合物。此时，石墨按照相对于制作的负极整体成为3重量％的方式添加。PVdF按照相对于制作的负极整体成为2重量％的方式添加。接着，通过将所得到的混合物在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中混合来制备浆料。将所得到的浆料按照每单位面积的涂布量成为120g/m2的方式涂布在由厚度为15μm的铝箔构成的集电体上并使其干燥。接着，将干燥后的涂膜进行加压而在集电体上形成负极材料层。如此，制作了负极材料层的单位面积重量为120g/m2、且密度为2.1g/cm3的带状的负极。
＜非水电解质的制备>
在由33体积％的碳酸亚乙酯(EC)及67体积％的碳酸二乙酯(DEC)构成的非水溶剂中，将1M的LiPF6混合并使其溶解而制备作为非水电解质的非水电解液。
＜电池的组装>
准备由厚度为20μm的聚酯的无纺布形成的隔膜。将该隔膜的拉伸弹性模量、FMD/FTD及利用水银压入法的细孔径分布中的众数径示于下述表1中。此外，将隔膜的厚度及单位面积重量(g/mm2)示于表3中。
在该隔膜中含浸之前制备的非水电解质。接着，以该隔膜覆盖之前制作的正极，接着，将之前制作的负极按照隔着隔膜与正极相对的方式重叠而得到层叠体。将该层叠体卷绕成涡旋状，制作涡旋状的电极组。将该电极组供于加压而成形为扁平状。
将该扁平状电极组插入至由厚度为0.3mm的铝构成的有底矩形筒形状的罐中并以盖体密封。像这样制作了厚度为5mm、宽度为30mm、高度为25mm、重量为100g的扁平型非水电解质二次电池。
(实施例2～7、比较例1～3)
通过将隔膜的厚度及单位面积重量(g/mm2)如表3中所示的那样调节而将拉伸弹性模量如下述表1中所示的那样变更，除此以外，按照与实施例1同样的步骤制作非水电解质二次电池。
(实施例8～12、比较例5)
通过将隔膜的厚度及单位面积重量(g/mm2)如表3中所示的那样调节而将FMD/FTD如下述表2中所示的那样变更，除此以外，按照与实施例1同样的步骤制作非水电解质二次电池。
(实施例13及14)
将隔膜的厚度及单位面积重量(g/mm2)如表3中所示的那样调节，除此以外，按照与实施例1同样的步骤制作非水电解质二次电池。将它们的结果示于表4中。
将所得到的二次电池在25℃的环境中以10C充电至充电状态(SOC)成为100％后，以10C放电至SOC成为20％，将该充放电循环重复1万次。将设第1次循环的放电容量为100％时的第1万次循环的放电容量作为容量维持率而示于下述表1及表2中。此外，将实施例5、6及比较例1～3的容量维持率的变化示于图4中。图4的横轴表示充放电循环数，纵轴表示容量维持率。
表3
如由表1及图4表明的那样，隔膜的MD方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下的实施例1～7的非水电解质电池的容量维持率与隔膜的MD方向的拉伸弹性模量脱离上述的范围的比较例1～3的非水电解质电池相比较高。在拉伸弹性模量低于200(N/mm2)的比较例1中，在数百次循环中发生短路，1万次循环后的容量维持率为0％。
此外，若将实施例1～7进行比较，则获知拉伸弹性模量为1500(N/mm2)以下的实施例1～6的容量维持率与拉伸弹性模量超过1500(N/mm2)的实施例7相比较高。
如由表2表明的那样，隔膜的MD方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下的实施例8～12的非水电解质电池的容量维持率与隔膜的MD方向的拉伸弹性模量脱离上述的范围的比较例5的非水电解质电池相比较高。此外，隔膜的FMD/FTD为1.5以上且10以下的实施例8～11的非水电解质电池的容量维持率与隔膜的FMD/FTD脱离上述的范围的实施例12的非水电解质电池相比较高。
此外，隔膜的FMD/FTD为1.5以上且10以下的实施例8～11的非水电解质电池的容量维持率与隔膜的FMD/FTD大于10的实施例13的非水电解质电池相比较高。此外，包含利用水银压入法的细孔径分布中的众数径为1μm以上且10μm以下的隔膜的实施例1～11所述的非水电解质电池的容量维持率与该众数径低于1μm的实施例14的非水电解质电池的容量维持率相比较高。
根据以上说明的至少一个实施方式及实施例的非水电解质电池，由于具备卷绕方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下的隔膜，所以能够提高充放电循环性能。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，其意图并非限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。
符号的说明
1：外包装罐、2：盖、3：正极外部端子、4：负极外部端子、5：电极组、6：正极、6a：正极集电极耳、6b：正极材料层、7：负极、7a：负极集电极耳、7b：负极材料层、8：隔膜、9：夹持部件、10：正极引线、11：负极引线、12：绝缘垫圈、21：单电池、22：组电池、29：保护电路、30：热敏电阻。

Claims (12)

1.一种非水电解质电池，其是包含电极组和非水电解质的非水电解质电池，所述电极组是正极、负极及配置在所述正极与所述负极之间的隔膜卷绕而成的，
所述隔膜的卷绕方向的拉伸弹性模量为200(N/mm2)以上且2000(N/mm2)以下。
2.根据权利要求1所述的非水电解质电池，其中，所述隔膜满足下述(1)式，
1.5≤FMD/FTD≤10 (1)
所述FMD为所述隔膜的所述卷绕方向的抗拉强度，所述FTD为与所述卷绕方向垂直的方向的抗拉强度。
3.根据权利要求2所述的非水电解质电池，其中，所述隔膜为利用水银压入法的细孔径分布中的众数径为1μm以上且10μm以下的无纺布，所述负极包含钛酸锂。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的非水电解质电池，其中，所述拉伸弹性模量为500(N/mm2)以上且1300(N/mm2)以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的非水电解质电池，其中，所述隔膜的厚度为4μm以上且30μm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的非水电解质电池，其中，所述隔膜为多孔质膜或无纺布。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的非水电解质电池，其中，所述负极包含含钛氧化物，所述含钛氧化物包含选自由尖晶石型的含钛氧化物、锐钛矿型的含钛氧化物、金红石型的含钛氧化物、青铜型或单斜晶型的含钛氧化物、斜方锰矿型的含钛氧化物、以及含有Ti和选自由P、V、Sn、Cu、Ni、Nb及Fe构成的组中的至少一种元素的金属复合氧化物构成的组中的至少1种。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的非水电解质电池，其中，所述负极包含负极材料层，所述负极材料层的单位面积重量在10g/m2以上且300g/m2以下的范围内。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的非水电解质电池，其中，所述负极包含负极材料层，所述负极材料层的密度在1.5g/cm3以上且3.2g/cm3以下的范围内。
10.一种电池包，其包含权利要求1～9中任一项所述的非水电解质电池。
11.根据权利要求10所述的电池包，其中，进一步包含通电用的外部端子和保护电路。
12.根据权利要求10或11所述的电池包，其中，具备多个所述非水电解质电池，所述多个非水电解质电池以串联、并联、或将串联及并联组合的方式电连接。
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