CN107851844A - 电池、电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置和电力系统 - Google Patents

电池、电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置和电力系统 Download PDF

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Abstract

提供了具有正极、负极和含有负极活性物质的电解质层的这种电池。

Description

电池、电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置和电力系统
技术领域
本技术涉及一种电池和包括电池的电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置和电力系统。
背景技术
近来,电池被广泛用作手机、膝上型计算机、电动工具、电动汽车等的动力源。电池特性很大程度上取决于被使用的电极、电解质和隔膜,因此提出了与这些构件相关的各种技术。
例如,提出以下技术。
在专利文献1中,为了提高聚合物固体电解质的离子电导率等,提出了聚偏二氟乙烯共聚物作为凝胶电解质层和电极结构体中的聚合物固体电解质。
在专利文献2中,为了提高隔膜的耐热性,提出了电解质层包括具有由陶瓷材料或有机聚合物材料形成的绝缘粒子的隔膜。
在专利文献3中,提出了由导电聚合物组合物形成的交联聚合物电解质壁。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开平11-130821号公报
专利文献2:特开2007-258160号公报
专利文献3:特开2001-214050号公报
发明内容
本发明要解决的问题
本技术的目的是提供一种其中循环特性能被提高的电池,以及包括该电池的电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置和电力系统。
问题解决方案
为了实现前文描述的目的,本技术提供了一种电池,其包括:正极;负极;以及含有负极活性物质的电解质层。
本技术的电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置和电力系统包括前文描述的电池。
本发明的效果
如前文的描述,根据本技术,可以提高循环特性。
附图说明
[图1]是示出了根据本技术的第一实施方式的非水电解质二次电池的配置实施例的剖视图。
[图2]是放大地示出了图1所示的卷绕电极体的一部分的剖视图。
[图3]图3A是示出了根据本技术的第一实施方式的修改例1的非水电解质二次电池的配置实施例的剖视图。图3B是示出了根据本技术的第一实施方式的修改例2的非水电解质二次电池的配置实施例的剖视图。
[图4]是示出了根据本技术的第二实施方式的非水电解质二次电池的配置实施例的分解透视图。
[图5]是沿着图4的线V-V的卷绕电极体的剖视图。
[图6]是示出了根据本技术的第三实施方式的电池组和电子装置的配置实施例的框图。
[图7]是示出了根据本技术的第四实施方式的电存储系统的配置实施例的示意图。
[图8]是示出了根据本技术的第五实施方式的电动车辆的配置的示意图。
具体实施方式
按照以下顺序描述本技术的实施方式。
1第一实施方式(圆柱形电池的实例)
2第二实施方式(层压膜型电池的实例)
3第三实施方式(电池组和电子装置的实例)
4第四实施方式(电存储系统的实例)
5第五实施方式(电动车辆的实例)
<1第一实施方式>
[电池配置]
在下文,参照图1描述根据本技术的第一实施方式的非水电解质二次电池(在下文简称为“电池”)的配置实施例。电池例如是锂离子二次电池,其中负极的电容由根据作为电极反应物的锂(Li)的吸收和释放的电容分量表示。电池是所谓的圆柱形电池,并且包括卷绕电极体20,其中通过隔膜23层压一对条状正极21和条状负极22并卷绕在近似空心圆柱形电池壳11中。
电解质层27作为聚合物层设置在负极22和隔膜23之间。电解质层27设置为与负极22邻接,并且通过隔膜23与正极21隔开。
电池壳11由电镀有镍(Ni)的铁(Fe)构成并且在电池壳11中,一端部闭合且另一端部打开。在电池壳11中,注入电解液作为液体电解质,并浸渍在正极21、负极22和隔膜23中。此外,电解液保持在电解质层27中。相对于卷绕周向表面分别地且垂直地设置一对绝缘板12和13以将卷绕的电极体20插入在其间。
设置在电池盖14中的电池盖14和安全阀机构15以及正温度系数元件(PTC元件)16附接至由通过密封垫片17紧固的电池壳11的开口端部。通过这种布置,电池壳11被密封。例如,电池盖14由与电池壳11类似的材料构成。安全阀机构15电连接到电池盖14,并且在内部短路的情况下或者在其中电池的内压由于来自外部的加热等而大于或等于一定水平的情况下,盘板15A反转,从而切断电池盖14和卷绕电极体20之间的电连接。例如,密封垫片17是由绝缘材料构成的,并且在密封垫片17中,前表面涂有沥青。
例如,将中心销24插入到卷绕的电极体20的中心之中。将由铝(Al)等形成的正极引线25连接到卷绕电极体20的正极21,并且将由镍等形成的负极引线26连接到负极22。正极引线25被焊接到安全阀机构15上,因此与电池盖14电连接,且负极引线26被焊接到电池壳体11上,因此与电池盖14电连接。
在下文,参照图2按照该顺序描述构成电池的正极21、负极22、隔膜23、电解液和电解质层27。
(正极)
正极21例如具有其中将正极活性物质层21B设置在正极集电体21A的两个表面上的结构。此外,即使没有示出,正极活性物质层21B也可以仅设置在正极集电体21A的一个表面上。正极集电体21A例如由诸如铝箔、镍箔或不锈钢箔的金属箔构成。正极活性物质层21B例如含有能够吸收和释放作为电极反应物的锂的正极活性物质。根据需要,正极活性物质层21B还可以含有添加剂。例如,可以使用至少一种类型的导电剂和粘合剂作为添加剂。
(正极活性物质)
例如,诸如含有氧化锂、氧化锂磷、硫化锂或锂的层间化合物的含锂化合物适合作为能够吸收和释放锂的正极活性物质,并且可以通过混合使用其两种或更多种类型。为了提高能量密度,含有锂、过渡金属元素和氧(O)的含锂化合物是优选的。这种含锂化合物的实例包括具有由式(A)表示的层状岩盐型结构的锂复合氧化物和具有由式(B)表示的橄榄石型结构的锂复合磷酸盐等。作为过渡金属元素,更优选的是含锂化合物含有由钴(Co)、镍、锰(Mn)和铁组成的组中的至少一种类型。这种含锂化合物的实例包括具有由式(C)、式(D)或式(E)表示的层状岩盐型结构的锂复合氧化物,具有由式(F)表示的尖晶石型结构的锂复合氧化物,具有由式(G)表示的橄榄石型结构的锂复合磷酸盐等,且具体地,包括LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2、LiaCoO2(a≈1)、LibNiO2(b≈1)、Lic1Nic2Co1-c2O2(c1≈1,0<c2<1)、LidMn2O4(d≈1)、LieFePO4(e≈1)等。
LipNi(1-q-r)MnqM1rO(2-y)Xz...(A)
(此处,在式(A)中,M1表示选自除镍和锰以外的第2族至第15族中的至少一种类型的元素。X表示除氧以外的第16族和第17族中的至少一种类型。p、q、y和z是在0≤p≤1.5、0≤q≤1.0、0≤r≤1.0、-0.10≤y≤0.20和0≤z≤0.2的范围内的值。)
LiaM2bPO4...(B)
(此处,在式(B)中,M2表示选自第2族至第15族中的至少一种类型的元素。a和b是在0≤a≤2.0和0.5≤b≤2.0的范围内的值。)
LifMn(1-g-h)NigM3hO(2-j)Fk...(C)
(此处,在式(C)中,M3表示由钴、镁(Mg)、铝、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁、铜(Cu)、锌(Zn)、锆(Zr)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)和钨(W)组成的组中的至少一种类型。f、g、h、j和k是在0.8≤f≤1.2、0<g<0.5,0≤h≤0.5、g+h<1、-0.1≤j≤0.2和0≤k≤0.1的范围内的值。此外,锂的组成根据充电和放电状态而不同,且f的值表示完全放电状态下的值。)
LimNi(1-n)M4nO(2-p)Fq...(D)
(此处,在式(D)中,M4表示由钴、锰、镁、铝、硼、钛、钒、铬、铁、铜、锌、钼、锡、钙、锶和钨组成的组中的至少一种类型。m、n、p和q是在0.8≤m≤1.2、0.005≤n≤0.5、-0.1≤p≤0.2和0≤q≤0.1的范围内的值。此外,锂的组成根据充电和放电状态而不同,且m的值表示完全放电状态下的值。)
LirCo(1-s)M5sO(2-t)Fu...(E)
(此处,在式(E)中,M5表示由镍、锰、镁、铝、硼、钛、钒、铬、铁、铜、锌、钼、锡、钙、锶和钨组成的组中的至少一种类型。r、s、t和u是在0.8≤r≤1.2、0≤s<0.5、-0.1≤t≤0.2和0≤u≤0.1的范围内的值。此外,锂的组成根据充电和放电状态而不同,且r的值表示完全放电状态下的值。)
LivMn2-wM6wOxFy...(F)
(此处,在式(F)中,M6表示由钴、镍、镁、铝、硼、钛、钒、铬、铁、铜、锌、钼、锡、钙、锶和钨组成的组中的至少一种类型。v、w、x和y是在0.9≤v≤1.1、0≤w≤0.6、3.7≤x≤4.1和0≤y≤0.1的范围内的值。此外,锂的组成根据充电和放电状态而不同,且v的值表示完全放电状态下的值。)
LizM7PO4...(G)
(此处,在式(G)中,M7表示由钴、锰、铁、镍、镁、铝、硼、钛、钒、铌(Nb)、铜、锌、钼、钙、锶、钨和锆组成的组中的至少一种类型。z是在0.9≤z≤1.1的范围内的值。此外,锂的组成根据充电和放电状态而不同,且z的值表示完全放电状态下的值。)
除了前文描述的材料之外,能够吸收和释放锂的正极活性物质的实例还包括不含锂的无机化合物,例如MnO2、V2O5、V6O13、NiS和MoS。
能够吸收和释放锂的正极活性物质可以不同于前文描述的材料。此外,可以以任意组合混合前文描述的描述中举例说明的两种或更多种类型的正极活性物质。
(粘合剂)
例如,选自聚偏二氟乙烯(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)以及主要含有树脂材料的共聚物的树脂材料中的至少一种类型用作粘合剂。
(导电剂)
导电剂的实例包括碳材料如石墨、炭黑或科琴黑(Ketjen black),并且可通过混合使用其一种类型或两种或更多种类型。此外,除了碳材料之外,可使用金属材料、导电聚合物材料等,只要该材料具有导电性。
(负极)
负极22例如具有其中将负极活性物质层22B设置在负极集电体22A的两个表面上的结构。此外,即使没有示出,负极活性物质层22B也可以仅设置在负极集电体22A的一个表面上。负极集电体22A例如由诸如铜箔、镍箔或不锈钢箔的金属箔构成。
负极活性物质层22B含有能够吸收和释放锂的一种类型或两种类型或多种类型的负极活性物质。根据需要,负极活性物质层22B还可以含有添加剂如粘合剂或导电剂。
此外,在非水电解质电池中,负极54或负极活性物质的电化学当量大于正极21的电化学当量,且理论上优选的是在充电的中间锂金属不会沉淀在负极22中。
(负极活性物质)
负极活性物质的实例包括碳材料如非石墨化碳、石墨化碳、石墨、热解碳、焦炭、玻璃型碳、有机聚合物化合物烧结体、碳纤维或活性炭。在它们中,焦炭包括沥青焦炭、针状焦炭、石油焦炭等。有机聚合物化合物烧结体代表将诸如酚醛树脂或呋喃树脂的聚合物材料在合适的温度下烧结并碳化,并将其一部分分类为非石墨化碳或石墨化碳。这种碳材料是优选的,因为在充电和放电时发生的晶体结构的变化非常小,可以获得高的充电和放电电容,并且可以获得优异的循环特性。特别地,由于电化学当量大,石墨是优选的,并且可以获得高能量密度。此外,非石墨化碳是优选的,因为可以获得优异的循环特性。此外,由于可以容易地实现电池的高能量密度,因此其充电和放电电位低的材料,且具体地,充电和放电电位接近于锂金属的材料是优选的。
此外,能够获得高电容的其它负极活性物质的实例也包括含有至少一种类型的金属元素和半金属元素作为构成元素的材料(例如,合金、化合物或混合物)。这是因为在其中使用这种材料的情况下可以获得高的能量密度。特别地,由于可以获得高能量密度,因此更优选的是连同碳材料一起使用这种材料,并且可以获得优异的循环特性。此外,在本技术中,除了由两种或更多种类型的金属元素形成的合金之外,合金包括含有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,合金可以包括含有非金属元素的合金。在这种结构中,固溶体、共晶(共晶混合物)、金属间化合物或其两种或更多种类型共同存在。
负极活性物质的实例包括能够与锂形成合金的金属元素或半金属元素。具体地,负极活性物质的实例包括镁、硼、铝、钛、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌、铪(Hf)、锆、钇(Y)、钯(Pd)或铂(Pt)。这种负极活性物质可以是结晶材料或无定形材料。
作为负极活性物质,含有短周期元素周期表中的第4B族的金属元素或半金属元素作为构成元素的材料是优选的,且含有硅和锡中的至少一种作为构成元素的材料是更优选的。这是因为硅和锡具有高吸收和释放锂的能力,并且能够获得高能量密度。这种负极活性物质的实例包括单体,合金或硅、单体、合金的化合物或锡的化合物,并且在其至少一部分中含有其一种类型或两种或更多种类型的组合的材料。
硅的合金的实例包括含有由锡、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑(Sb)和铬组成的组中的至少一种类型的合金作为除硅之外的第二构成元素。锡的合金的实例包括含有由硅、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑和铬组成的组中的至少一种类型的合金作为除锡之外的第二构成元素。
锡的化合物或硅的化合物的实例包括含有氧或碳的化合物,并且除了锡或硅之外,化合物可以含有前文描述的第二构成元素。
在它们中,含有钴、锡和碳作为构成元素的含SnCoC的材料,碳的含量大于或等于9.9质量%且小于或等于29.7质量%,且钴与锡和钴的总和的比例大于或等于30质量%且小于或等于70质量%优选作为Sn基负极活性物质。这是因为在这样的组成范围内,可以获得高能量密度,并且可以获得优异的循环特性。
根据需要,含SnCoC的材料还可以含有其它构成元素。例如,硅、铁、镍、铬、铟、铌、锗、钛、钼、铝、磷(P)、镓或铋优选作为其它构成元素,并且在其它构成元素中可以包含其两种或更多种类型。这是因为可以进一步提高电容或循环特性。
此外,优选的是含SnCoC的材料含有锡、钴和碳的组合,并且该组合具有低结晶度或无定形结构的结构。此外,在含SnCoC的材料中,优选的是将作为构成元素的至少一部分碳与作为其它构成元素的金属元素或半金属元素组合。这是因为即使考虑到由于锡等的聚集或结晶,循环特性劣化,仍可以通过将碳与其它元素结合来抑制聚集或结晶。
检查元素的组合状态的测量方法的实例包括X射线光电子能谱(XPS)。在XPS中,在石墨的情况下,在其中进行能量校准的装置中,在284.5eV处出现碳的1s轨道(C1s)的峰,使得在84.0eV处获得金原子的4f轨道(Au4f)的峰。此外,在前表面污染的碳的情况下,在284.8eV处出现碳的1s轨道(C1s)的峰。相比之下,在其中碳元素的电荷密度增加的情况下,例如,在其中碳与金属元素或半金属元素组合的情况下,C1s的峰出现在低于284.5eV的区域中。换言之,在其中由含SnCoC的材料获得的合成波的C1s的峰出现在低于284.5eV的区域中的情况下,包含在含SnCoC的材料中的至少一部分碳与作为其它构成元素的金属元素或的半金属元素组合。
此外,在XPS测量中,例如,C1s的峰用于校正光谱的能量轴。通常,前表面污染的碳存在于前表面上,因此前表面污染的碳的C1s的峰被设定为284.8eV,并被设定为能量标准。在XPS测量中,以具有前表面污染的碳的峰和含SnCoC的材料中的碳的峰的形式获得C1s的峰的波形,因此例如,通过使用商购的软件进行分析将前表面污染的碳的峰与含SnCoC的材料中的碳的峰分离。在波形的分析中,存在于最低结合能侧的主峰的位置被设定为能量标准(284.8eV)。
其它负极活性物质的实例包括能够吸收和释放锂的金属氧化物、聚合物化合物等。金属氧化物的实例包括含钛和锂的氧化锂钛,例如钛酸锂(Li4Ti5O12)、氧化铁、氧化钌、氧化钼等。聚合物化合物的实例包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等。
(粘合剂)
例如,选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、苯乙烯丁二烯橡胶和羧甲基纤维素以及含有树脂材料的共聚物作为主要组分的至少一种类型用作粘合剂。
(导电剂)
与正极活性物质层21B相似的碳材料等可以用作导电剂。
(隔膜)
隔膜23将正极21与负极22隔离,并且允许锂离子通过,同时防止由于两个电极之间的接触导致的电流短路。隔膜23例如由诸如聚四氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯的树脂多孔质膜构成,并且可以具有其中两种或更多种类型的多孔膜被层压的结构。在它们中,聚烯烃多孔膜是优选的,因为短路保护效果优异,并且可以提高由于关闭效果所致的电池安全性。特别地,聚乙烯能够在高于或等于100℃并且低于或等于160℃的范围内获得关闭效果,并且具有优异的电化学稳定性,因此作为构成隔膜23的材料是优选的。此外,可以使用其中具有化学稳定性的树脂与聚乙烯或聚丙烯共聚或共混的材料。可替换地,多孔膜可以具有三层或多层的结构,其中按照该顺序将聚丙烯层、聚乙烯层和聚丙烯层层压。
此外,在隔膜23中,树脂层可以设置在作为基材的多孔膜的一个表面或两个表面上。树脂层是在其上负载无机物质的多孔基质树脂层。通过这种布置,可以获得抗氧化性,并且抑制隔膜23的劣化。例如,可以使用聚偏二氟乙烯、六氟丙烯(HFP)、聚四氟乙烯等作为基质树脂,并且还可以使用其共聚物。
无机物质的实例包括金属、半导体或其氧化物和氮化物。例如,可以列举铝、钛等作为金属,并且可以列举硅、硼等作为半导体。此外,优选的是无机物质基本上不具有导电性,并且具有大的热电容。这是因为在其中热电容大的情况下,无机物质在产生电流的热量时可用作散热器,并且能够抑制电池的热逃逸。这种无机物质的实例包括氧化物或氮化物,例如氧化铝(Al2O3)、勃姆石(氧化铝的一水合物)、滑石、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、二氧化钛(TiO2)和氧化硅(SiOx)。此外,前文描述的无机物质可以包含在多孔膜中作为基材。
优选的是无机物质的粒径在1nm至10μm的范围内。在其中无机物质的粒径小于1nm的情况下,难以获得无机物质,或者即使在其中可获得无机物质的情况下,它在成本方面也是不合适的。在其中无机物质的粒径大于10μm的情况下,电极之间的距离增加,在有限的空间中不充分地获得活性物质填充量,并且电池电容降低。
例如,可以如下形成树脂层。即,将由基质树脂、溶剂和无机物形成的浆料涂布在基材(多孔膜)上,并通过穿过基质树脂的不良溶剂浴和溶剂的良溶剂浴进行相分离,然后干燥。
(电解液)
浸渍在正极活性物质层21A、负极活性物质层22B和隔膜23中的电解液含有溶剂和溶解在溶剂中的电解质盐。为了改善电池特性,电解液可含有已知的添加剂。
可以使用诸如碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的环状酯碳酸酯作为溶剂,并且优选的是通过混合使用碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种,特别是两种作为溶剂。这是因为可以提高循环特性。
除了环状碳酸酯之外,优选的是通过混合使用诸如碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯的链碳酸酯作为溶剂。这是因为可以获得高离子电导率。
此外,优选的是含有2,4-二氟苯甲醚或碳酸亚乙烯酯作为溶剂。这是因为2,4-二氟苯甲醚能够改善放电电容,并且碳酸亚乙烯酯能够改善循环特性。因此,由于可以提高放电电容和循环特性,因此优选使用这种材料。
此外,溶剂的实例包括碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮、N,N-二甲基咪唑烷酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、二甲亚砜、磷酸三甲酯等。
此外,存在其中至少一部分非水溶剂的氢被氟取代的化合物的情况是优选的,因为存在其中根据待组合的电极的类型可以改善电极反应的可逆性的情况。
电解盐的实例包括锂盐,并且可以独立地使用一种类型的锂盐,或者可以通过混合使用其两种或更多种。锂盐的实例包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、二氟[草酸合-O,O']硼酸锂、二草酸硼酸锂、LiBr等。在它们中,LiPF6是优选的,因为可以获得高离子电导率并且提高循环特性。
(电解质层)
电解质层27含有聚合物化合物,负极活性物质和电解液。电解质层27还可包含绝缘材料和导电助剂中的一种或两种。在其中电解质层27还包含绝缘材料的情况下,可以提高电池的耐热性。另一方面,在其中电解质层27还包含导电助剂的情况下,可以改善电解质层27的电导率。
电解质层27作为正极21和负极22之间的离子迁移的场,并且具有能够保持负极活性物质和电解液的配置。聚合物化合物成为保持负极活性物质和电解液的保持体,并且被电解液溶胀。被电解液溶胀的聚合物化合物可以是凝胶形状。即,电解质层27可以是凝胶电解质层。电解质层27的厚度不受特别限制,并且例如是0.1μm至15μm。
例如,电解质层27形成在负极22的两个表面上或者面对负极22的隔膜23的表面上。具体地,例如,通过将用于形成电解质层的溶液或用于形成聚合物层的溶液涂覆到负极22的两个表面或面对负极22的隔膜23的表面上来获得电解质层27。
优选的是与构成电解质层27的电解质类似的电解质存在于诸如负极活性物质层22B的细孔的空隙中。这是因为负极活性物质难以分离,因此获得优异的循环特性。
电解质层27还可包括设置在形成相对于负极22的界面的一侧上的膜。该膜是所谓的固体电解质界面(SEI),并且源自电解液(具体地,包含在电解液中的溶剂、添加剂等)。此处,电解液表示保持在电解质层27中的电解液以及浸渍到正极21、负极22和隔膜23中的电解液中的至少一种类型。
(聚合物化合物)
从高物理强度和电化学稳定性的观点来看,优选的是聚合物化合物含有氟(F)作为构成元素。含有氟作为构成元素的聚合物化合物的类型不受特别限制,只要聚合物化合物是含有氟作为构成元素的聚合物。在它们中,优选的是聚合物化合物含有一种类型或两种或更多种类型的含有偏二氟乙烯作为组分的聚合物,且更具体地,偏二氟乙烯的均聚物和共聚物。这是因为获得了优异的物理强度和优异的电化学稳定性。
“均聚物”是含有一种类型的单体作为聚合组分的聚合物。偏二氟乙烯的均聚物是聚偏二氟乙烯。
“共聚物”是含有两种或更多种单体作为聚合组分的聚合物。形成偏二氟乙烯和共聚物的单体的类型不受特别限制,并且例如是六氟丙烯、三氟氯乙烯、四氟乙烯、单甲基马来酸等中的至少一种类型。偏二氟乙烯的共聚物的具体实例包括偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物,偏二氟乙烯和三氟氯乙烯的共聚物,偏二氟乙烯、六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物,偏二氟乙烯、六氟丙烯和三氟氯乙烯的共聚物,其中共聚其它烯属不饱和单体的共聚物等。共聚物中各个聚合组分的含量(共聚量)不受特别限制。
此外,聚合物化合物可以含有其它均聚物和其它共聚物中的一种类型或两种或更多种类型连同偏二氟乙烯的均聚物和共聚物的一种类型或两种或更多种类型。本文所述的“其它均聚物”是不含作为构成元素的氟的均聚物,且“其它共聚物”是不含作为构成元素的氟的共聚物。
其它均聚物的具体实例包括聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚磷腈、聚硅氧烷、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。
其它共聚物的具体实例包括含有前文描述的其它均聚物的具体实例的两种或更多种类型作为聚合组分的共聚物等。
除了前文描述的含氟(F)作为构成元素的聚合物化合物之外,可使用聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或其衍生物作为聚合物化合物。
(负极活性物质)
作为负极活性物质,可以举例与前文描述的负极活性物质层22B中所含的负极活性物质类似的材料。此外,负极活性物质不限于示出了作为前文描述的负极活性物质层22B所含的负极活性物质的材料,并且只要负极活性物质通常用于锂离子电池等中,就可使用任何负极活性物质。
具体地,负极活性物质含有碳材料、金属、半金属、金属氧化物、半金属氧化物和聚合物化合物中的至少一种类型。更具体地,例如,负极活性物质可以含有碳材料、硅、锡和钛酸锂中的至少一种类型。硅可以作为硅单体、含硅合金、氧化硅等而被包含在负极活性物质中。锡可以作为锡单体、含锡合金、氧化锡等而被包含在负极活性物质中。在其中负极活性物质包含碳材料的情况下,碳材料例如是具有大于或等于0.1m2/g且小于或等于50m2/g的比表面积的石墨。具有比表面积的这种石墨的实例包括人造石墨、天然石墨等,但不限于此。比表面积可在将电解质层27溶于溶剂中之后,从Brunauer-Emmett-Teller法(BET法)得出,并且提取石墨作为负极活性物质。
包含在电解质层27中的负极活性物质可以具有与前文描述的负极活性物质层22B中包含的负极活性物质相同的组成,或者可以具有不同的组成。此处,“相同的组成”表示电解质层27和负极活性物质层22B中含有的负极活性物质的构成元素相同,且构成元素的原子比相同。另一方面,“不同的组成”表示电解质层27和负极活性物质层22B中包含的负极活性物质的构成元素彼此不同,或电解质层27和负极活性物质层22B中包含负极活性物质的构成元素相同,但构成元素的原子比彼此不同。在电解质层27和负极活性物质层22B中包含的负极活性物质中,平均粒径、粒度分布、粒子形状等可以彼此不同,或者可以相同。
负极活性物质是粉末,并且例如被分散在电解质层27中。负极活性物质的分散不受特别限制,并且负极活性物质可被均匀地或不均匀地分散在电解质层27的厚度方向上,或者可被均匀地或不均匀地分散在电解质层27的面内方向上。
在其中负极活性物质被不均匀地分散在电解质层27的厚度方向上的情况下,优选的是将负极活性物质的浓度分散在负极21侧上的界面中或在其附近最大化并随着与负极22侧分离而减小。这是因为可以进一步提高负极活性物质层22B的电导率。
聚合物化合物与负极活性物质的混合比例(重量比)不受特别限制。其中,负极活性物质的质量与聚合物化合物的质量(负极活性物质的质量/聚合物化合物的质量)的比例优选为1/1000至4/1,更优选为1/1000至2/1,且进一步更优选为1/100至1/1。这是因为容易且稳定地形成了电解质层27,并且获得了足够的电导率。
具体地,在其中比例小于1/1000的情况下,负极活性物质的绝对量不足,因此由于电解质层27中的负极活性物质而难以形成导电路径(电子传导路径)。使用这种布置,电解质层27的电导率有可能不充分地增加。另一方面,在其中比例大于4/1的情况下,负极活性物质的绝对量过多,因此负极活性物质有可能不充分地分散在电解质层27中。
(电解液)
作为保持在电解质层27中的电解液,可以举例与浸渍在正极21、负极22和隔膜23中的电解液类似的电解液。此外,电解液不限于示出了作为前文描述的电解液的电解液,并且只要电解液通常用于锂离子电池等中,就可以使用电解液。
保持在电解质层27中的电解液和浸渍在正极21、负极22和隔膜23中的电解液可以是相同的类型,或者可以是不同的类型。
(导电助剂)
导电助剂是粉末,并且例如被分散在电解质层27中。导电助剂的类型不受特别限制,只要导电助剂是具有电导率的材料。其中,优选的是导电助剂是碳材料。这是因为碳材料是电化学稳定的,并且具有高电导率。
例如,可使用诸如碳黑、乙炔黑和科琴黑的球形导电助剂(碳材料),诸如碳纳米管或气相法碳纤维(VGCF)的纤维状导电助剂(碳材料)等作为导电助剂。除了前文描述的碳材料之外,可以使用导电助剂,并且例如可以使用金属材料、导电聚合物等。可单独地使用碳材料、金属材料和导电聚合物的一种类型,或者可通过组合使用其两种或更多种类型。
(绝缘材料)
绝缘材料是粉末,并且例如被分散在电解质层27中。绝缘材料的粉末可以含有一种类型的绝缘粒子,或者可以含有两种或更多种类型的绝缘粒子。绝缘材料例如是金属氧化物、金属氮化物、金属氧化物水合物、金属氢氧化物、金属碳化物、金属硫化物等中的至少一种类型。金属氧化物例如是氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)、氧化硅(SiO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化锌(ZnO)等。金属氮化物例如是氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化钛(TiN)等。金属氧化物水合物例如是勃姆石(Al2O3H2O或AlOOH)等。金属氢氧化物例如是氢氧化铝(Al(OH)3)等。金属碳化物例如是碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)等。金属硫化物例如是硫酸钡(BaSO4)等。
[电解质层的确认方法]
电解质层27的存在或不存在、配置等的确认方法如下。
为了确认电解质层27的存在或不存在,例如,在切割卷绕电极体20后,通过使用显微镜观察卷绕电极体20的横截面(参照图2)。使用这种布置,能够确认在负极22与隔膜23之间是否存在电解质层27。此外,例如,可以使用光学显微镜、电子显微镜等作为显微镜。
为了确认电解质层27中含有的负极活性物质的存在或不存在,例如与确认电解质层27的存在或不存在的情况类似,通过使用显微镜观察卷绕电极体20的横截面。
为了确认电解质层27中包含的聚合物化合物和负极活性物质的组成等,例如,可以在拆卸电池之后观察和分析电解质层27的横截面,并且将电解质层27取出。例如,观察方法和分析方法可以使用扫描电子显微镜-能量分布型X射线光谱(SEM-EDX)等。
此外,在通过使用诸如N-甲基-2-吡咯烷酮的有机溶剂萃取电解质层27的配置材料之后,可分析聚合物化合物和负极活性物质,并且将可溶性聚合物化合物与不溶性负极活性物质分离。例如,可以使用核磁共振(NMR)法、X射线衍射(XRD)法、气相色谱法、质量分析法等作为分析方法。
此外,导电助剂和导电层27中包含的绝缘材料也可以通过与确认聚合物化合物和负极活性物质的存在或不存在、组成等的前文描述的方法类似的方法进行确认。
[电池电压]
在非水电解质电池中,例如,在完全充电时每一对正极21和负极22的开路电压(即,电池电压)可以被设定为大于或等于2.80V且小于或等于6.00V或大于或等于3.60V小于或等于6.00V的范围内,优选在大于或等于4.25V且小于或等于6.00V或大于或等于4.20V且小于或等于4.50V的范围内,并且更优选在大于或等于4.30V且小于或等于4.55V的范围内。此外,在完全充电时每一对正极21和负极22的开路电压可以设定为优选地在大于或等于4.35V的范围内,更优选为在大于或等于4.35V且小于或等于6.00V的范围内,且进一步更优选为在大于或等于4.4V且小于或等于5.0V的范围内。在其中满充电时的开路电压的情况下,例如在使用层状岩盐型锂复合氧化物等作为正极活性物质的电池中大于或等于4.25V,并且即使在相同的正极活性物质的情况下,与4.20V的电池相比每单位质量的锂的放电量增加,因此据此调整正极活性物质和负极活性物质的量,并且得到高的能量密度。
[电池的运行]
在具有前文描述的配置的电池中,在其中电池被充电的情况下,例如,锂离子从正极活性物质层21B释放,并通过浸渍到隔膜23和电解质层27中的电解液被吸收到负极活性物质层22B中。此外,在其中电池被放电的情况下,例如,锂离子从负极活性物质层22B释放,并且通过浸渍到隔膜23中的电解质层27和电解液被吸收在正极活性物质层21B中。
[电池的制造方法]
接下来,描述根据本技术的第一实施方式的电池的制造方法的实施例。
如下制备正极。首先,例如将正极活性物质、导电剂和粘合剂混合,因此制备正极混合物,并将正极混合物分散在诸如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂中,从而制备糊状正极混合物浆料。接下来,将正极混合物浆料涂覆在正极集电体21A上,将溶剂干燥,并通过辊压机等进行压缩成型,从而形成正极活性物质层21B,并且形成正极21。
如下制备负极。首先,例如将负极活性物质和粘合剂混合,因此制备负极混合物,并将负极混合物分散在诸如N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中,从而制备糊状负极混合物浆料。接下来,将负极混合物浆料涂覆在负极集电体22A上,将溶剂干燥,并通过使用辊压机等进行压缩成型,从而形成负极活性物质层22B,并且制备负极22。
如下形成电解质层27。首先,根据需要,将诸如有机溶剂的溶剂、聚合物化合物、负极活性物质以及导电助剂和绝缘材料中的一种或两种混合,从而制备电解液。在电解液中,聚合物化合物被溶剂溶解,并且负极活性物质被分散在其中溶解聚合物化合物的溶剂中。接下来,将电解液涂覆到负极22的两个表面上,然后将电解液干燥。此外,可将负极22浸入在电解液中而不是将电解液涂覆到负极22上,然后可将负极22干燥。
此处,如下形成电解质层27。换言之,可将电解液涂覆到面向负极22的隔膜23的两个表面中的一个表面上,而不是将电解液涂覆到负极22的两个表面上,从而可以形成电解质层27。这是因为,即使在使用前文描述的任何形成方法的情况下,最终仍将电解质层27设置在负极22和隔膜23之间。
接下来,通过焊接等将正极引线25附接到正极集电体21A,并且通过焊接等将负极引线26附接到负极集电体22A。接下来,通过隔膜23卷绕正极21和负极22。接下来,将正极引线25的尖端部分焊接到安全阀机构15,将负极引线26的尖端部分焊接到电池壳11,并且将卷绕的正极21和负极22插入在一对绝缘板12和13之间,并且储存在电池壳11中。接下来,将正极21和负极22储存在电池罐11中,然后将电解液注入到电池壳11中,并浸渍到隔膜23中。接下来,通过密封垫片17进行紧固而将电池盖14、安全阀机构15和正温度系数元件16固定到电池壳11的开口端部。使用这种布置,获得了图1所示的电池。
[效果]
在根据第一实施方式的电池中,电解质层27被设置在负极22和隔膜23之间。使用这种布置,在充电时,锂在负极22的前表面析出,并且在放电时锂容易再次溶解,锂的析出被抑制。因此,与其中在负极22与隔膜23之间不设置电解质层27的情况相比,能够提高循环特性。
在其中在低温环境中使用电池的情况下,特别地,获得相当大的效果。在其中负极22和隔膜23之间不设置电解质层27的电池中,在低温下,锂往往特别容易在负极22的前表面上析出。相比之下,在其中负极22与隔膜23之间设置电解质层27的电池中,即使在低温下锂的析出也被抑制。
如上所述设置电解质层27,因此可以允许电解质在诸如负极活性物质层22B的细孔的空隙中含有负极活性物质。为此,即使在其中充电和放电时负极活性物质层22B进行膨胀和收缩的情况下,负极活性物质层22B中含有的负极活性物质之间的电子传导路径仍由存在于空隙中的负极活性物质确保,因此难以隔离负极活性物质。此外,如上所述设置电解质层27,从而可以形成稳定的电极-电解质界面。使用这种布置,即使在其中反复充电和放电的情况下,负极活性物质层22B的电导率的降低仍被抑制,从而得到优异的循环特性。此外,在其中电解质层27包含导电助剂的情况下,导电助剂也有助于确保电子传导路径。
[修改例]
(修改例1)
如图3A所示,电解质层27可以不设置在负极22和隔膜23之间,但电解质层28可以设置在正极21和隔膜23之间。在这种情况下,电解质层28设置为与正极21邻接,并且设置为通过隔膜23与负极22隔开。
优选的是构成电解质层28的电解质存在于诸如正极活性物质层21B的细孔的空隙中。这是因为正极活性物质难以分离,并且获得更优异的循环特性。
在其中负极活性物质被不均匀地分散在电解质层28的厚度方向上的情况下,优选的是将负极活性物质的浓度分散在正极21侧上的界面中或在其附近最大化并随着与正极21侧分离而减小。这是因为可以进一步提高正极活性物质层21B的电导率。
例如,电解质层28形成在正极21的两个表面上或者面对正极21的隔膜23的表面上。具体地,例如,通过将用于形成电解质层的溶液或用于形成聚合物层的溶液涂覆到正极21的两个表面或面对正极21的隔膜23的表面上来获得电解质层28。
除前文描述的描述之外的电解质层28的配置与电解质层27的配置类似。
在根据第一实施方式的修改例1的电池中,电解质层28被设置在正极21和隔膜23之间。使用这种布置,可以允许电解质含有在诸如正极活性物质层22B的细孔的空隙中的负极活性物质质。为此,即使在其中充电和放电时负极活性物质层22B进行膨胀和收缩的情况下,正极活性物质层21B中含有的正极活性物质之间的电子传导路径仍由存在于空隙中的负极活性物质确保,因此难以隔离正极活性物质。此外,具有电导率高于正极活性物质的电导率的负极活性物质存在于其电子电导率通常降低的正极活性材料之间,因此形成优异的电子传导路径。因此,即使在其中反复充电和放电的情况下,正极活性物质层21B的电导率的降低仍被抑制,从而得到优异的循环特性。此外,即使在其中电解质层28包含导电助剂的情况下,导电助剂也有助于确保电子传导路径。
(修改例2)
如图3B所示,电解质层27可以设置在负极22和隔膜23之间,并且电解质层28可以设置在正极21和隔膜23之间。在这种情况下,电解质层27被设置为与负极21邻接,并且电解质层28被设置为与正极22邻接。
电解质层27和28的配置(例如,材料、厚度等)可以相同,或者电解质层27和28的配置可以彼此不同。例如,电解质层27和28中包含的负极活性物质的组成可以相同,或者可以彼此不同。优选的是包含在电解质层27和28中的负极活性物质是金属氧化物。这是因为可以抑制正极21和负极22之间的短路。例如,优选的是使用钛酸锂作为金属氧化物。
电解质层27和28二者都可以包含绝缘材料,或者电解质层27和28中只有一个可以包含绝缘材料。类似地,电解质层27和28二者都可以包含导电助剂,或者电解质层27和28中只有一个可以包含导电助剂。
在根据第一实施方式的修改例2的电池中,可以获得与根据第一实施方式和修改例1的电池类似的功能效果。
此外,在其中设置电解质层28和电解质层27中的任一个的情况下,优选的是设置电解质层27。这是因为,在其中设置电解质层27的情况下,除了抑制活性物质层的电导率降低的效果之外,还获得能够抑制负极21的前表面上的锂析出的效果。
(修改例3)
可以使用包含导电助剂的电解质层来代替负极活性物质。在这种情况下,可以获得与使用含有负极活性物质的电解质层的情况相同的效果,即能够改善循环特性的效果。此处,在使用含有负极活性物质的电解质层的电池中,与使用含有导电助剂的电解质层的电池相比,可以获得更优异的效果。
<2.第二实施方式>
[电池配置]
此处,参照图4描述根据本技术的第二实施方式的电池的配置实施例。电池被称为所谓的层压膜型电池,并具有平坦或有角形状。电池包含卷绕电极体30,将其以膜状外部构件40形式与正极引线31和负极引线32附接,并且能够减小尺寸、重量和厚度。
例如,分别从外部构件40的内部朝向外部以相同的方向导出正极引线31和负极引线32。例如,正极引线31和负极引线32分别由诸如铝、铜、镍或不锈钢的金属材料构成,并且分别为薄板或网状物的形状。
外部构件40例如由其中按照该顺序将尼龙膜、铝箔和聚乙烯膜粘合在一起的矩形铝层压膜构成。例如,设置外部构件40使得聚乙烯膜侧面向卷绕电极体30,并且外部构件40的外边缘部分分别通过融合或粘合剂而进行粘合。用于防止外部空气进入的粘合膜41被插入在外部构件40与正极引线31和负极引线32之间。粘合膜41由相对于正极引线31和负极引线32具有粘合性的材料构成,例如聚烯烃树脂如聚乙烯、聚丙烯、变性聚乙烯或变性聚丙烯。
此外,代替前文描述的的铝层压膜,外部构件40可以由具有其它结构的层压膜、诸如聚丙烯的聚合物膜或金属膜构成。或者,可以使用其中在一个表面或两个表面上层压聚合物膜的层压膜作为铝膜的芯材。
图5是沿着图4所示的卷绕电极体30的线V-V截取的剖视图。在卷绕电极体30中,正极33和负极34通过隔膜35和电解质层36和37被层压和卷绕,并且最外圆周部分由保护带38保护。电解质层36被设置在负极34与隔膜35之间,且电解质层37被设置在正极33和隔膜35之间。
(正极、负极和隔膜)
正极33具有其中将正极活性物质层33B设置在正极集电体33A的一个表面或两个表面上的结构。负极34具有其中将负极活性物质层34B设置在负极集电体34A的一个表面或两个表面上的结构,并且负极活性物质层34B和正极活性物质层33B被布置为彼此面对。正极集电体33A、正极活性物质层33B、负极集电体34A、负极活性物质层34B以及隔膜35的配置分别与第二实施方式的正极集电体21A、正极活性物质层21B、负极集电体22A、负极活性物质层22B和隔膜23的配置类似。
(电解质层)
电解质层36是根据第一实施方式的电解质层27。电解质层37是根据第一实施方式的修改例1的电解质层28。优选的是电解质层36和37是所谓的凝胶电解质层。这是因为凝胶电解质层能够获得高离子电导率,并且能够保护电池的液体泄漏。
[电池的制造方法]
接下来,描述根据本技术的第三实施方式的非水电解质二次电池的制造方法的实施例。
首先,将含有溶剂、电解质盐、负极活性物质、聚合物化合物和混合溶剂的前体溶液涂覆在正极33和负极34中的每一个上,并将混合溶剂挥发,由此形成电解质层36和37。接下来,通过焊接将正极引线31附接到正极集电体33A的端部,并通过焊接将负极引线32附接到负极集电体34A的端部。接下来,通过隔膜35层压在其上形成电解质层36的正极33和负极34,从而得到层压板,然后在其纵向方向上卷绕层压板,保护带38附着在其最外圆周部分,并且形成卷绕电极体30。最后,例如,将卷绕电极体30插入在外部构件40之间,并且通过热融合等将外部构件40的外边缘部分进行粘合,并且密封。此时,将粘合膜41插入在正极引线31和负极引线32以及外部构件40之间。使用这种布置,获得了图4和图4所示的二次电池。
此外,可以如下制备二次电池。首先,如上所述制备正极33和负极34,并将正极引线31和负极引线32附接到正极33和负极34上。接下来,通过隔膜35将正极33和负极34层压和卷绕,并且保护带38附着到其最外圆周部分,从而形成卷绕体。接下来,将卷绕体插入在外部构件40之间,并将除一侧之外的外圆周边缘部分进行热融合,形成为袋状,并储存在外部构件40中。接下来,根据需要制备含有溶剂、电解质盐、负极活性物质、作为聚合物化合物的原料的单体、聚合引发剂和诸如阻聚剂的其它材料的电解质用组合物,并被注入到外部构件40中。
接下来,将电解质用组合物注入到外部构件40中,然后在真空气氛下将外部构件40的开口部进行热融合并密封。接下来,通过加热使单体聚合,并且得到聚合物化合物,从而形成电解质层36和37。如上所述,获得了图4所示的二次电池。
[效果]
在根据第二实施方式的电池中,电解质层36被设置在负极34和隔膜35之间,且电解质层37被设置在正极33和隔膜35之间。使用这种布置,可以获得与根据第一实施方式的修改例2的电池类似的效果。此外,在根据本技术的第二实施方式的电池中,层压膜用作外部构件40,从而获得能够抑制由于根据充电和放电的副产物等所致的电池的溶胀的效果。
[修改例]
(修改例1)
电解质层36和37中的只有一个可以包含负极活性物质,且另一个可以不包含负极活性物质。在这种情况下,优选的是从提高循环特性的观点来看,电解质层36含有负极活性物质。
(修改例2)
可以仅设置电解质层36和37中的一个。在这种情况下,在密封外部构件40的先前步骤中,优选的是将电解液注入到外部构件40中,并将电解液浸渍到卷绕电极体30中。
<3.第三实施方式>
在第三实施方式中,描述包括根据第一实施方式或第二实施方式的电池的电池组和电子装置。此处,电池组和电子装置可包括根据第一实施方式或第二实施方式的修改例的电池。
[电池组和电子装置的配置]
在下文中,参考图6,将描述根据本技术的第三实施方式的电池组300和电子装置400的配置实施例。电子装置400包括电子装置的主体的电子电路401和电池组300。通过正极端子331a和负极端子331b将电池组300电连接到电子电路401。电子装置400例如具有其中能够由用户拆卸电池组300的配置。此外,电子装置400的配置不限于此,并且可以具有其中电池组300被嵌入在电子装置400中使得电池组300不能够由用户从电子装置400中拆卸的配置。
当电池组300被充电时,电池组300的正极端子331a和负极端子331b中的每一个被连接到充电器(未示出)的正极端子和负极端子。另一方面,当电池组300被放电时(当使用电子装置400时),电池组300的正极端子331a和负极端子331b中的每一个被连接到电子电路401的正极端子和负极端子。
电子装置400的实例包括笔记本型个人电脑、平板式电脑、移动电话(例如,智能电话等)、个人数字助理(PDA)、显示装置(LCD、EL显示器、电子纸等)、成像装置(例如,数码静态相机、数码摄像机等)、音频装置(例如,便携式音频播放器)、游戏装置、无绳对讲分机、电子书、电子词典、收音机、头戴式耳机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、电动工具、电动剃须刀、电冰箱、空调、电视机、音响系统、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、烘干机、照明装置、玩具、医疗装置、机器人、路面调节装置、信号灯等,但不限于此。
(电子电路)
电子电路401例如包括CPU、外围逻辑单元、接口部分、存储单元等,并且控制整个电子装置400。
(电池组)
电池组300包括组装电池301和充放电电路302。组装电池301通过以串联和/或并联形式连接多个二次电池301a而构成。例如,多个二次电池301a以n个并联和m个串联(n和m是正整数)形式连接。此外,在图6中,示出了其中六个二次电池301a以两个并联和三个串联(2P3S)形式连接的实施例。使用根据第一实施方式或第二实施方式的电池作为二次电池301a。
充放电电路302是控制组装电池301的充电和放电的控制单元。具体地,充电和放电电路302控制在充电时对组装电池301的充电。另一方面,充放电电路302控制在放电时(即,使用电子装置400时)对电子装置400的放电。
[修改例]
在前文描述的第三实施方式中,已经描述了其中电池组300包括由多个二次电池301a构成的组装电池301的情况作为实例,并且电池组300可以采用其中设置一个二次电池301a而不是组装电池301的配置。
<4.第四实施方式>
在第四实施方式中,将描述包括在电存储装置中的根据第一实施方式或第二实施方式的的电池的电存储系统。电存储系统可以是任何电存储系统,只要电存储系统使用电力,并且还包括简单的电力装置。电力系统例如包括智能电网、家庭能源管理系统(HEMS)、车辆等,并且还能够进行电存储。此处,电存储系统可以包括第一实施方式或第二实施方式的修改例的电池。
[电存储系统的配置]
在下文,参考图7将描述根据第四实施方式的电存储系统(电力系统)100的配置实施例。电存储系统100是住宅电存储系统,并且通过电力网络109、信息网络112、智能电表107、电力枢纽108等从诸如火力发电102a、核发电102b和水力发电102c的集中电力系统102向电存储装置103供给电力。此外,从诸如家用发电机104的独立电源向电存储装置103供给电力。提供给电存储装置103的电力进行电存蓄。通过使用电存储装置103供给在住宅101中使用的电力。类似的电存储系统不仅可以用在住宅101中,而且可以用在建筑物中。
在住宅101中,设置家用发电机104、耗电装置105、电存储装置103、控制各个装置的控制装置110、智能电表107、电力枢纽108、以及获取各种信息项目的传感器111。通过电力网络109和信息网络112连接各个装置。使用太阳能电池、燃料电池等作为家用发电机104,并将产生的电力供给到耗电装置105和/或电存储装置103。耗电装置105是电冰箱105a、空调装置105b、电视105c、浴室105d等。此外,耗电装置105包括电动车辆106。电动车辆106是电动汽车106a、混合动力汽车106b、电动摩托车106c等。
电存储装置103包括根据第一实施方式或第二实施方式的电池。智能电表107具有测量商用电力的使用量并将测量到的使用量传送给电力公司的功能。电力网络109可以是直流电源、交流电源和非接触电源中的一种或多种的组合。
各种传感器111例如是人体传感器、照明传感器、物体检测传感器、功耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器、红外传感器等。由各种传感器111获取的信息被发送到控制装置110。根据来自传感器111的信息掌握天气的状态、人的状态等,并且自动地控制耗电装置105,因此可将能量消耗最小化。此外,控制装置110能够通过因特网将与住宅101有关的信息发送给外部电力公司等。
诸如电力线的分支和直流/交流转换的处理由电力枢纽108进行。待连接到控制装置110的信息网络112的通信方法是使用诸如通用异步接收器-收发器(UART:异步串行通信的传输和接收电路)的通信接口的方法,和使用根据诸如蓝牙(注册商标)、ZigBee和Wi-Fi的无线通信标准的传感器网络的方法。蓝牙(注册商标)方法适用于多媒体通信,并且可以进行点对多点通信。在ZigBee中,使用了电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.4的物理层。IEEE 802.15.4是被称为个人局域网(PAN)或无线(W)PAN的短距离无线网络标准的名称。
控制装置110被连接到外部服务器113。服务器113可以由住宅101、电力公司和服务提供商中的任何一个来管理。由服务器113发送和接收的信息例如是耗电信息、生活模式信息、电价、天气信息、灾难信息以及与电力交易相关的信息。这样的信息项目可以从家用耗电装置(例如,电视接收器)发送和接收,并且可以从外部装置(例如,移动电话等)发送和接收。这样的信息项目可以被显示在具有显示功能的装置上,例如电视、移动电话、个人数字助理(PDA)等。
控制各个单元的控制装置110由中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等构成,并且在该实施例中,被包含在电存储装置103中。控制装置110通过信息网络112与电存储装置103、家用发电机104、耗电装置105、各种传感器111和服务器113连接,并且例如具有调节商业电力用电量和发电量的功能。此外,控制装置110具有在电力市场中进行电力交易的功能等。
如前文的描述,不仅能够在诸如火力发电102a、核能发电102b和水力发电102c的集中电力系统102中蓄积电力,家用电力发电机104(太阳能发电和风力发电)的产生的电力也能够蓄积在电存储装置103中。因此,即使在其中家用发电机104的产生的电力变化的情况下,也能够进行控制,使得向外部传递的电力量变为恒定的或根据需要放电。例如,可以使用其中由太阳能发电获得的电力蓄积在电存储装置103中的方法,在夜间期间将其电费低的夜间电力蓄积在电存储装置103中,并在白天时间在电费高的时区中,将由电存储装置103进行电存储的电力放电。
此外,在本实施例中,描述了其中控制装置110被包含在电存储装置103中,但控制装置110被包含在智能电表107中,或者可以独立地配置的实施例。此外,在电存储系统100中,可将住宅群中的多个房屋用作目标,或者可以将多个独户住宅用作目标。
<5.第五实施方式>
在第五实施方式中,将描述包括根据第一实施方式或第二实施方式的电池的电动车辆。此处,电动车辆可以包括第一实施方式或第二实施方式的修改例的电池。
[电动车辆的配置]
参照图8描述根据本技术的第五实施方式的电动车辆的配置。混合动力车辆200是采用串联混合动力系统的混合动力车辆。串联混合动力系统是使用电力驱动力转换装置203行驶的汽车,通过使用由发动机驱动的发电机产生的电力或曾经存储在电池中的电力。
将发动机201、发电机202、电力驱动力转换装置203、驱动轮204a、驱动轮204b、车轮205a、车轮205b、电池208、车辆控制装置209、各种传感器210以及充电端口211安装在混合动力车辆200上。使用根据第一实施方式或第二实施方式的电池作为电池208。.
混合动力车辆200通过使用电力驱动力转换装置203作为电源来行驶。电力驱动力转换装置203的一个实例是电动机。电力驱动力转换装置203通过电池208的电力而运行,且电力驱动力转换装置203的旋转力被传递至驱动轮204a和204b。此外,电力驱动力转换装置203能够通过在必要部分中使用直流-交流(DC-AC)或反向转换(AC-DC转换)而应用于交流电动机或直流电动机。各种传感器210通过车辆控制装置209控制发动机转速,或者控制节流阀(未示出)的孔径(节流孔径)。各种传感器210包括速度传感器、加速度传感器、发动机转速传感器等。
发动机201的旋转力被传递到发电机202,并且由发电机202产生的电力可以通过旋转力被蓄积在电池208中。
在其中通过制动机构(未示出)使混合动力车辆200减速的情况下,减速时的阻力作为旋转力而被添加至电力驱动力转换装置203,并且从电力驱动力转换装置203产生的再生电力通过旋转力而积聚在电池208中。
电池208通过充电端口211连接到混合动力车辆200的外部电源,并且因此可以通过使用充电端口211作为输入端口从外部电源接收供应的电力,并且接收的电力也可以被蓄积。
即使它未被示出,仍可以提供基于与非水电解质二次电池有关的信息进行与车辆控制相关的信息处理的信息处理装置。信息处理装置的实例包括基于与非水电解质二次电池的剩余水平相关的信息来显示剩余电池水平的信息处理装置等。
此外,在前文的描述中,已经描述了通过使用由发动机驱动的发电机产生的电力或曾经存储在电池中的电力与电动机一起行驶的串联混合动力车作为实例。然而,本技术还可以有效地应用于并联混合动力汽车,其中仅使用发动机行驶、仅使用电动机行驶和使用发动机和电动机行驶的三种方法通过使用发动机和电动机二者作为驱动源可适当地进行切换。此外,本技术还可以有效地应用于根据仅使用驱动电动机而不使用发动机驱动行驶的所谓的电动车辆。
实施例
在下文,将通过实施例来详细描述本技术,但本技术仅仅不限于这些实施例。
[实施例1]
(正极的制备步骤)
如下制备正极。首先,将96质量份的作为正极活性物质的锂钴复合氧化物(LiCoO2)、3质量份的作为正极粘合剂的聚偏二氟乙烯和1质量份的作为正极导电剂的炭黑混合,因此获得正极混合物。聚偏二氟乙烯的重均分子量为约500000,并且与其类似的重均分子量适用于下面的描述。接下来,将该正极混合物分散在作为有机溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮中,得到糊状的正极混合物浆料。接下来,通过使用涂覆装置将正极混合物浆料涂覆在正极集电体(厚度20μm的条状铝箔)的两个表面上,然后将正极混合物浆料干燥,由此形成正极活性物质层。最后,通过使用辊压机对正极活性物质层进行压缩成型。
(负极的制备步骤)
如下制备负极。首先,将90质量份的作为负极活性物质的石墨粉末和10质量份的作为负极粘合剂的聚偏二氟乙烯混合,从而得到负极混合物。接下来,将该负极混合物分散在作为有机溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮中,得到糊状的负极混合物浆料。接下来,通过使用涂覆装置将负极混合物浆料涂覆在负极集电体(厚度15μm的条状电解质铜箔)的两个表面上,然后将负极混合物浆料干燥,由此形成负极活性物质层。最后,通过使用辊压机对负极活性物质层进行压缩成型。
(负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤)
如下制备负极侧上的凝胶电解质层。首先,将碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)以EC:PC=50:50的质量比混合,并制备混合溶剂,然后将六氟磷酸锂(LiPF6)以1.0mol/kg的比例溶解在混合溶剂中,从而制备电解液。接下来,将作为聚合物化合物的聚偏二氟乙烯(PVDF)、作为负极活性物质的人造石墨粉末、电解液和作为稀释溶剂的碳酸二甲酯(DMC)以PVDF:人造石墨粉:电解液:DMC=4:7:50:50的质量比混合,搅拌并溶解,由此制备作为溶胶电解液的前体溶液(以下称为“含活性物质的溶液”)。
接下来,将含有活性物质的溶液涂覆在负极的两个表面上,将溶液干燥,除去稀释溶剂,从而形成含有负极活性物质的凝胶电解质层。此外,通过使用电子显微镜观察凝胶电解质层的截面,然后观察到其中人造石墨(负极活性物质)分散在凝胶电解质层中的方面。
(正极侧上的凝胶电解质层的形成步骤)
如下制备正极侧上的凝胶电解质层。即,不包含负极活性物质的凝胶电解质层通过与负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤类似的形成步骤形成,除了使用调整的前体溶液(下文称为“无活性物质的溶液”)而不与负极活性物质混合之外,并将制备的无活性物质的溶液涂覆在正极的两个表面上而不是负极的两个表面上。
(层压膜型电池的制备步骤)
如下制备层压膜型电池。首先,将铝正极引线焊接在正极集电体上,并将铜负极引线焊接在负极集电体上。接下来,通过隔膜(厚度为23μm的微孔聚丙烯膜)层压其中在两个表面上形成正极侧上的凝胶电解质层的正极和其中在两个表面上形成负极侧上的凝胶电解质层的负极。接下来,将正极、负极和隔膜沿纵向卷绕,从而形成卷绕电极体。此后,将保护带粘贴到卷绕电极体的最外圆周部分。
接下来,将外部构件折回以将卷绕电极体插入在其之间,并将折叠的外缘部彼此重叠。此时,在正极引线与外部构件之间插入粘合薄膜(厚度为50μm的酸变性丙烯膜),并将粘合膜插入到负极引线和外部构件之间。接下来,将彼此重叠的外圆周边缘部分进行热融合,从而将卷绕电极体存储在袋状外部构件中。按该顺序从外部层压具有耐湿性的铝层压膜(具有100μm的总厚度),其中尼龙膜(具有30μm的厚度),铝箔(具有40μm的厚度)和非拉伸聚丙烯膜(具有30μm的厚度),用作外部构件。如上所述,得到期望的层压膜型电池。此外,在层压膜型电池中,调节正极活性物质的量和负极活性物质的量,并在完全充电时将开路电压(即,电池电压)设定为4.20V。
[实施例2]
除了通过在负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用无活性物质溶液制备负极侧上的凝胶电解质层之外,通过与实施例1类似的方法获得电池,并且在正极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用含有活性物质的溶液制备正极侧上的凝胶电解质层。
[实施例3]
除了在负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用天然石墨粉末作为负极活性物质之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[实施例4]
除了在负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用钛酸锂粉末作为负极活性物质之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[实施例5]
除了在负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用氧化硅(SiOx)粉末作为负极活性物质之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[实施例6]
除了在负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用硅合金粉末作为负极活性物质之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[实施例7]
除了在正极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用钛酸锂粉末作为负极活性物质之外,通过与实施例2类似的方法获得电池。
[实施例8]
除了通过在负极侧上的凝胶电解质层的形成步骤中使用含钛酸锂粉末的含活性物质的溶液作为负极活性物质制备负极侧上的凝胶电解质层之外,通过与实施例7类似的方法获得电池。
[实施例9]
除了在负极的制备步骤中使用硅粉作为负极活性物质之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[实施例10]
除了在负极的制备步骤中使用硅粉和石墨粉末作为负极活性物质之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[实施例11]
除了在负极的制备步骤中使用锡粉作为负极活性物质之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[实施例12]
(正极和负极的制备步骤)
通过与实施例1中类似的方法制备正极和负极。
(负极侧上的聚合物层的形成步骤)
如下制备负极侧上的聚合物层。首先,除了不混合电解液之外,通过与实施例1类似的方法制备含活性物质的溶液。接下来,将含有制备的活性物质的溶液涂覆在面对负极的侧面上的隔膜的表面上,将溶液干燥,除去稀释溶剂,从而形成含有负极活性物质的聚合物层。
(正极侧上的聚合物层的形成步骤)
如下制备正极侧上的聚合物层。即,通过与负极侧的聚合物层类似的形成步骤形成不含负极活性物质的聚合物层,除了使用不与负极活性物质混合而进行调节的无活性物质的溶液之外,并且将所制备的无活性物质的溶液涂覆到面对正极的侧面上的隔膜的表面上。
(层压膜型电池的制备步骤)
如下制备层压膜型电池。首先,除了通过如上所述获得的隔膜层压正极和负极之外,通过与实施例1类似的方法形成卷绕电极体。接下来,将外部构件折回以将卷绕电极体插入在其之间,然后将外部圆周边缘部分除一侧之外进行热融合,并且形成为具有开口的袋状。此时,在正极引线与外部构件之间插入粘合膜,并将粘合膜插入到负极引线和外部构件之间。接下来,通过开口将电解液注入到外部构件中,将电解液浸渍到卷绕电极体中,并将外部构件的剩余侧在减压环境中进行热融合。此外,在设置在隔膜的两个表面上的聚合物层中,根据电解液的注入使聚合物化合物(PVDF)溶胀,从而聚合物层成为凝胶电解质层。如上所述,得到期望的层压膜型电池。
[实施例13]
除了将作为聚合物化合物的聚偏二氟乙烯(PVDF)、作为负极活性物质的人造石墨粉末、作为绝缘材料的氧化铝粉末、电解液和作为稀释溶剂的碳酸二甲酯(DMC)以PVDF:人造石墨粉:氧化铝粉:电解液:DMC=4:3.5:3.5:50:50的质量比混合之外,通过与实施例1类似的方法获得电池,并且搅拌和溶解,由此在负极侧的凝胶电解质层的形成步骤中制备含有活性物质的溶液。
[实施例14、5和16]
除了调节正极活性物质的量和负极活性物质的量之外,通过与实施例1类似的方法获得电池,并将完全充电时的开路电压(即,电池电压)设定为4.35V(实施例14)、4.40V(实施例15)和4.45V(实施例16)。
[比较例1]
除了通过在负极侧上的凝胶活性物质层的形成步骤中使用无活性物质的溶液形成负极侧上的凝胶电解质层之外,通过与实施例1类似的方法获得电池。
[比较例2]
除了通过在负极侧上的凝胶活性物质层的形成步骤中使用无活性物质的溶液形成负极侧上的凝胶电解质层之外,通过与实施例9类似的方法形成电池。
[比较例3]
除了通过在负极侧上的凝胶活性物质层的形成步骤中使用无活性物质的溶液形成负极侧上的凝胶电解质层之外,通过与实施例10类似的方法形成电池。
[比较例4]
除了通过在负极侧上的凝胶活性物质层的形成步骤中使用无活性物质的溶液形成负极侧上的凝胶电解质层之外,通过与实施例11类似的方法形成电池。
[比较例5]
除了使用人造石墨作为负极侧上的凝胶活性物质层的形成步骤中的负极活性物质之外,通过与实施例8类似的方法形成电池,并且使用人造石墨作为在正极侧上的凝胶活性物质层的形成步骤中的负极活性物质。
[比较例6]
除了通过在正极侧上的聚合物层的形成步骤中使用含活性物质的溶液代替无活性物质的溶液形成正极侧上的聚合物层之外,通过与实施例12中类似的方法形成电池。此外,使用与负极侧上的聚合物层的形成步骤中类似的含活性物质的溶液作为含活性物质的溶液。
[比较例7]
除了在负极侧上的电解质层的形成步骤中使用不与负极活性物质混合而制备的无活性物质的溶液之外,通过与实施例13类似的方法形成电池。
[比较例8、9和10]
除了调节正极活性物质的量和负极活性物质的量之外,通过与比较例1类似的方法形成电池,并将完全充电时的开路电压(即,电池电压)设定为4.35V(比较例8)、4.40V(比较例9)和4.45V(比较例10)。
[电池的循环特性和溶胀的评估]
如上所述获得的电池的循环特性评估如下。
首先,为了稳定电池状态,在热中性环境(23℃)中将电池在一个循环时充电和放电。接下来,在低温环境(0℃)中将电池在一个循环时充电和放电,并测量第二循环时的放电容量和电池厚度。接下来,电池被重复充电和放电,直到在相同环境(0℃)中的总循环次数达到200次循环,并且测量第200次循环时的放电容量和电池厚度。接下来,从前文描述的放电容量的测量结果计算容量保持率(%)=(第200次循环时的放电容量/第2次循环时的放电容量)×100。此外,从前文描述的厚度的测量结果,计算厚度变化(%)=((第200次循环时的电池厚度)-(第2次循环时的电池厚度))/(第2次循环时的电池厚度)×100。
此外,根据完全充电时的开路电压,如下控制电池的充电和放电。
<完全充电时的开路电压为4.2V的电池(实施例1至13和比较例1至7)>
在充电中,进行充电直到在电流为1C时电压达到4.2V,然后在电压为4.2V时电流达到0.05C。在放电中,进行放电直到在电流为1C时电压达到3.0V。“1C”是可在1小时内将电池电容(理论电容)放电时的电流值,且“0.05C”是可在20小时内将电池电容放电的电流值。
<完全充电时的开路电压为4.35V的电池(实施例14和比较例8)>
在充电中,进行充电直到在电流为1C时电压达到4.35V,然后在电压为4.35V时电流达到0.05C。在放电中,进行放电直到在电流为1C时电压达到3.0V。
<完全充电时的开路电压为4.40V的电池(实施例15和比较例9)>
在充电中,进行充电直到在电流为1C时电压达到4.40V,然后在电压为4.40V时电流达到0.05C。在放电中,进行放电直到在电流为1C时电压达到3.0V。
<完全充电时的开路电压为4.45V的电池(实施例16和比较例10)>
在充电中,进行充电直到在电流为1C时电压达到4.45V,然后在电压为4.45V时电流达到0.05C。在放电中,进行放电直到在电流为1C时电压达到3.0V。
表1表示实施例1至16和比较例1至10的电池的配置和评价结果。
[表1]
在包含含石墨的凝胶电解质层作为负极侧上的负极活性物质的电池(实施例1和3)中,可以提高循环保持率,并且与在负极侧上不包含这样的凝胶电解质层的电池(比较例2)相比还可以抑制厚度变化(电池的溶胀)。这是因为,在低温循环时负极活性物质难以分离,因此电导率的降低被抑制,并且在低温循环时Li的析出被抑制。
在使用包含诸如钛酸锂或氧化硅的金属氧化物的凝胶电解质层作为负极活性物质和诸如硅合金的金属的电池(实施例4至6)中,能够提高循环保持率,并且与使用含有石墨的凝胶电解质层作为负极活性物质的电池(实施例1和3)类似也能够抑制厚度变化。
在正极侧上包含含凝胶电解质层的负极活性物质的电池(实施例2和7)中,可以提高循环保持率,并且与在负极侧上包含这样的凝胶电解质层的电池(实施例1和4)类似还可以抑制厚度变化。这是因为,在低温循环时正极活性物质难以分离,因此电导率的降低被抑制,并且在低温循环时Li的析出被抑制。
在其中通过将含活性物质的溶液涂覆到隔膜上而形成凝胶电解质层的电池(实施例13)中,与其中通过将含活性物质的溶液涂覆到正极或负极上来形成凝胶电解质层的电池(实施例1和2)类似,可以提高循环保持率,并且还可以抑制厚度变化。
在其中在负极侧和正极侧二者上形成包含金属氧化物(钛酸锂)的凝胶电解质层作为负极活性物质的电池(实施例8)中,可以提高循环保持率,并且与其中在正极侧或负极侧上形成包含金属氧化物的凝胶电解质层作为负极活性物质的电池(实施例4和7)类似还可以抑制厚度变化。另一方面,在其中在负极侧和正极侧二者上形成包含碳材料(石墨)的凝胶电解质层作为负极活性物质的电池(比较例5和6)中,在正极和负极之间出现短路,因此不能进行电池的充电和放电。人们认为,在其中在负极侧和正极侧二者上形成包含金属氧化物(钛酸锂)的凝胶电解质层作为负极活性物质的电池中不会发生短路,因为金属氧化物(钛酸锂)是指与碳材料(石墨)相比表现出高电位。
在其中完全充电状态下每一对正极和负极的开路电压大于或等于4.35V的电池包括含有凝胶电解质层的负极活性物质层的情况下,提高循环保持率和抑制厚度变化的效果相当大(实施例1、14至16,比较例2和比较例8至10)。
如前文的描述,已经详细描述了本技术的实施方式,但本技术不限于前文描述的实施方式,并且可以进行基于本技术的技术思想的各种修改。
例如,前文描述的实施方式中的配置、方法、步骤、形状、材料、数值等仅仅是实施例,并且根据需要可以使用与在实施方式中描述的那些不同的配置、方法、步骤、形状、材料、数值等。
此外,除非背离本技术的主旨,否则可将前文描述的实施方式中的配置、方法、步骤、形状、材料、数值等彼此组合。
此外,本技术能够采用以下配置。
(1)
一种电池,其包括:
正极;
负极;和
含有负极活性物质的电解质层。
(2)
根据(1)所述的电池,
其中所述电解质层包含电解液和聚合物化合物,并且
所述电解液被所述聚合物化合物保持。
(3)
根据(2)所述的电池,
其中所述聚合物化合物是含氟的聚合物化合物。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的电池,
其中包含在所述电解质层中的负极活性物质和包含在所述负极中的负极活性物质具有不同的组成。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的电池,
其中所述电解质层还包含至少一种类型的绝缘材料和导电助剂。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的电池,
其中所述负极活性物质含有碳材料、金属、半金属、金属氧化物、半金属氧化物和聚合物化合物中的至少一种类型。
(7)
根据(1)至(5)中任一项所述的电池,
其中所述负极活性物质包含碳材料、硅(Si)、锡(Sn)和钛酸锂中的至少一种。
(8)
根据(1)至(5)中任一项所述的电池,
其中所述负极活性物质含有碳材料,且
所述碳材料是比表面积为大于或等于0.1m2/g且小于或等于50m2/g的石墨。
(9)
根据(1)至(8)中任一项所述的电池,
其中所述电解质层与所述正极和所述负极中的一个电极邻接,并与另一个电极分离。
(10)
根据(1)至(8)中任一项所述的电池,
其中所述电解质层包括与所述正极邻接的第一电解质层和与所述负极邻接的第二电解质层,并且
所述第一电解质层和所述第二电解质层中的一个含有所述负极活性物质。
(11)
根据(1)至(5)中任一项所述的电池,
其中所述电解质层包括与所述正极邻接的第一电解质层和与所述负极邻接的第二电解质层,
所述第一电解质层和所述第二电解质层二者都含有所述负极活性物质,并且
所述负极活性物质含有金属氧化物。
(12)
根据(11)所述的电池,
其中所述金属氧化物是钛酸锂。
(13)
根据(1)至(9)中任一项所述的电池,其还包括:
隔膜,
其中所述电解质层设置在所述负极和所述隔膜之间或所述负极和所述隔膜之间。
(14)
根据(1)至(13)中任一项所述的电池,其还包括:
隔膜,
其中所述电解质层形成在所述隔膜、所述正极或所述负极上。
(15)
根据(1)至(13)中任一项所述的电池,
其中所述负极活性物质分散在所述电解质层中。
(16)
根据(1)至(15)中任一项所述的电池,
其中在完全充电状态下每一对所述正极和所述负极的开路电压大于或等于4.35V。
(17)
一种电池组,其包括:
根据(1)至(16)中任一项所述的电池;和
控制所述电池的控制单元。
(18)
一种电子装置,其包括:
根据(1)至(16)中任一项所述的电池,
其中所述电子装置从所述电池接收电力。
(19)
一种电动车辆,其包括:
根据(1)至(16)中任一项所述的电池,
转换装置,其将从所述电池接收的电力转换成所述车辆的驱动力;和
控制装置,其基于与所述电池相关的信息来进行与车辆控制相关的信息处理。
(20)
一种电存储装置,其包括:
根据(1)至(16)中任一项所述的电池,
其中电力被供应到连接到所述电池的电子装置。
(21)
一种电力系统,其包括:
根据(1)至(16)中任一项所述的电池,
其中所述电力系统从所述电池接收电力。
引用符号列表
11 电池壳
12,13 绝缘板
14 电池盖
15 安全阀机构
15A 盘板
16 正温度系数元件
17 垫片
20 卷绕电极体
21,33 正极
21A,33A 正极集电体
21B,33B 正极活性物质层
22,34 负极
22A,34A 负极集电体
22B,34B 负极活性物质层
23,35 隔膜
24 中心销
25,31 正极引线
26,32 负极引线
27,28 电解质层
30 卷绕电极体
36,37 电解质层
38 保护带
40 外部构件
41 粘合膜
100 电存储系统
200 混合动力车辆
300 电池组
400 电子装置。

Claims (21)

1.一种电池,包括:
正极;
负极;和
含有负极活性物质的电解质层。
2.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解质层包含电解液和聚合物化合物,并且
所述电解液被所述聚合物化合物保持。
3.根据权利要求2所述的电池,
其中所述聚合物化合物是含氟的聚合物化合物。
4.根据权利要求1所述的电池,
其中包含在所述电解质层中的负极活性物质和包含在所述负极中的负极活性物质具有不同的组成。
5.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解质层还包含绝缘材料和导电助剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电池,
其中所述负极活性物质含有碳材料、金属、半金属、金属氧化物、半金属氧化物和聚合物化合物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电池,
其中所述负极活性物质包含碳材料、硅(Si)、锡(Sn)和钛酸锂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的电池,
其中所述负极活性物质含有碳材料,并且
所述碳材料是具有大于或等于0.1m2/g且小于或等于50m2/g的比表面积的石墨。
9.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解质层与所述正极和所述负极中的一个电极邻接,并与另一个电极分离。
10.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解质层包括与所述正极邻接的第一电解质层和与所述负极邻接的第二电解质层,并且
所述第一电解质层和所述第二电解质层中的一个含有所述负极活性物质。
11.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解质层包括与所述正极邻接的第一电解质层和与所述负极邻接的第二电解质层,
所述第一电解质层和所述第二电解质层二者都含有所述负极活性物质,并且
所述负极活性物质含有金属氧化物。
12.根据权利要求11所述的电池,
其中所述金属氧化物是钛酸锂。
13.根据权利要求1所述的电池,还包括:
隔膜,
其中所述电解质层设置在所述负极和所述隔膜之间或所述负极和所述隔膜之间。
14.根据权利要求1所述的电池,还包括:
隔膜,
其中所述电解质层形成在所述隔膜、所述正极或所述负极上。
15.根据权利要求1所述的电池,
其中所述负极活性物质分散在所述电解质层中。
16.根据权利要求1所述的电池,
其中在完全充电状态下每对所述正极和所述负极的开路电压大于或等于4.35V。
17.一种电池组,包括:
根据权利要求1所述的电池;和
控制所述电池的控制单元。
18.一种电子装置,包括:
根据权利要求1所述的电池,
其中所述电子装置从所述电池接收电力。
19.一种电动车辆,包括:
根据权利要求1所述的电池;
转换装置,从所述电池接收电力并将所述电力转换成所述车辆的驱动力;和
控制装置,基于与所述电池相关的信息来进行与车辆控制相关的信息处理。
20.一种电存储装置,包括:
根据权利要求1所述的电池,
其中向连接到所述电池的电子装置供应电力。
21.一种电力系统,包括:
根据权利要求1所述的电池,
其中所述电力系统从所述电池接收电力。
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