CN113948780A - 非水电解质二次电池 - Google Patents

非水电解质二次电池 Download PDF

Info

Publication number
CN113948780A
CN113948780A CN202110689934.0A CN202110689934A CN113948780A CN 113948780 A CN113948780 A CN 113948780A CN 202110689934 A CN202110689934 A CN 202110689934A CN 113948780 A CN113948780 A CN 113948780A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
layer
electrode body
negative electrode
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110689934.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113948780B (zh
Inventor
宫泽健作
加藤大树
木山明
安藤翔
山本邦光
米田幸志郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN113948780A publication Critical patent/CN113948780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113948780B publication Critical patent/CN113948780B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0587Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431Inorganic material
    • H01M50/434Ceramics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

一种单电池,为非水电解质二次电池,具备电极体和电池壳体,所述电极体是将各片状的正极和负极隔着隔板层叠而成的,所述电池壳体收纳电极体和电解液。电极体具有包含最外层的规定数目的外侧层和配置在比外侧层靠内侧的内侧层,所述最外层由配置在电极体的最外侧的隔板和负极构成,外侧层包含负极合剂层作为抑制发热构件,所述负极合剂层被构成为抑制起因于电极体的短路的电极体的发热。内侧层不包含抑制发热构件。

Description

非水电解质二次电池
技术领域
本公开涉及非水电解质二次电池。
背景技术
近年来,作为混合动力车辆、插电式混合动力车辆以及电动汽车等的行驶用电源,锂离子二次电池的需求增加。车载用的典型的锂离子二次电池具备电极体和电池壳体,所述电极体是将正极和负极隔着隔板卷绕而成的,所述电池壳体收纳电极体(例如参照日本特开2019-186156)。
发明内容
在上述锂离子二次电池的制造工序中,金属异物可能混入到电池壳体的内部。若金属异物混入,则有电极体短路从而发热、热失控的可能性。因此,可以考虑采取用于抑制发热的措施。另一方面,在采取了过度的措施的情况下,有产生锂离子二次电池的能量密度降低、锂离子二次电池的尺寸大型化等弊害的可能性。
本公开是为了解决上述课题而完成的,本公开的目的是防止能量密度的降低或大型化等弊害,并且抑制与电极体的短路相伴的发热(特别是热失控)。
(1)本公开的一个方式涉及的非水电解质二次电池,具备电极体和电池壳体,所述电极体是将正极和负极隔着隔板层叠而成的,所述电池壳体收纳电极体和电解液。电极体具有包含最外层的规定数目的外侧层和配置在比外侧层靠内侧的内侧层,所述最外层由配置在电极体的最外侧的隔板和负极构成。外侧层包含抑制发热构件,所述抑制发热构件被构成为抑制起因于电极体的短路的电极体的发热。内侧层不包含抑制发热构件。
根据上述(1)的构成,通过设置抑制发热构件,能够抑制起因于电极体的短路的发热。另外,抑制发热构件在电极体中局部地设置而不是遍及电极体整体地设置,因此能够防止能量密度的降低或大型化等弊害。
(2)负极包含负极电极体和负极合剂层。抑制发热构件包含含有锂钛复合氧化物的负极合剂层。
在上述(2)的构成中,抑制发热构件为含有锂钛复合氧化物的负极合剂层。锂钛复合氧化物与石墨系材料等相比,电阻高,难以流通短路电流。因此,根据上述(2)的构成,能够很好地抑制起因于电极体的短路的发热。
(3)抑制发热构件包含设置于隔板的耐热层。
(4)电池壳体为方形壳体。电极体具有扁平长方体的外形形状,且以扁平长方体的长边在电池壳体的长边方向上延伸的方式收纳于电池壳体中。耐热层在电极体的长边方向上局部地设置在电极体的中央区域。
(5)耐热层为具有耐热性的树脂膜。(6)耐热层为具有耐热性的陶瓷。(7)耐热层为包含钛酸锂和磷酸铁锂之中的至少一者的活性物质。(8)耐热层为在中央区域追加的隔板。
在上述(3)~(8)的构成中,抑制发热构件为设置于隔板的耐热层。通过追加耐热层,即使电极体由于发热而变成高温,电极体也难以破损。因此,根据上述(3)~(8)的构成,能够很好地抑制起因于电极体的短路的发热。
根据本公开,能够防止能量密度的降低或大型化等弊害,并且抑制与电极体的短路相伴的发热。
附图说明
下面参考附图来描述本发明的例示性实施例的特征、优点以及技术和工业意义,在附图中,相同的附图标记表示相同的要素,其中:
图1是概略地示出实施方式1涉及的锂离子二次电池的构成的一例的立体图。
图2是概略地示出实施方式1涉及的锂离子二次电池的构成的另一例的立体图。
图3是表示实施方式1中的电极体的构成的一例的图。
图4是示意性表示沿着图3的IV-IV线的电极体的截面的图。
图5是示意性表示电极体的截面的另一例的图。
图6是汇总了实施方式1涉及的单电池(cell)的评价试验的结果的图。
图7是表示实施方式2中的电极体的构成的一例的图。
图8是示意性表示沿着图7的VIII-VIII线的电极体的截面的图。
图9是汇总了实施方式2涉及的单电池的评价试验的结果的图。
具体实施方式
以下参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。再者,对图中相同或相当的部分附加相同的标记,不重复进行其说明。
[实施方式1]
在以下的实施方式1中,作为本公开涉及的非水电解质二次电池的例示性方式,采用锂离子二次电池。
<锂离子二次电池的整体构成>
图1是概略地示出实施方式1涉及的锂离子二次电池的构成的一例的立体图。以下将实施方式1涉及的锂离子二次电池记载为单电池5。为了易于理解,图1示出透视了单电池5的内部的图。
单电池5在该例子中为密闭型的方形电池。但是,单电池5的形状不限定于方形,也可以为例如圆筒形。单电池5具备电极体6、电解液7和电池壳体8。
图1所示的电极体6为卷绕型。即,电极体6是通过正极1和负极2在其间夹着隔板3并且交替地层叠,而且将其层叠体卷绕成筒状而成形的。
电解液7被注入到电池壳体8中,并向电极体6浸渗。再者,在图1中用点划线示出了电解液7的液面。在后面叙述电极体6(正极1、负极2以及隔板3)和电解液7中所使用的材料等详细的构成。
电池壳体8能够由例如铝(Al)合金等构成。但是,只要电池壳体8能够被密闭,则电池壳体8也可以为例如Al层压膜制的袋(pouch)等。电池壳体8包含壳体主体81和盖体82。
壳体主体81收纳电极体6和电解液7。壳体主体81具有扁平长方体的外形形状。壳体主体81和盖体82通过例如激光焊接来接合。在盖体82上设置有正极端子91和负极端子92。虽然未图示,但是也可以在盖体82上还设置有注液口、气体排出阀、电流切断机构(CID:Current Interrupt Device)等。
图2是概略地示出实施方式1涉及的锂离子二次电池的构成的另一例的立体图。参照图2,单电池5A具备层叠型(堆叠型)的电极体6A来代替卷绕型的电极体6,在这一点上与图1所示的单电池5不同。层叠型的电极体6A是通过正极和负极在其之间夹着隔板并且交替地层叠而成形的。
以下以卷绕型的电极体6为例来进行说明,但也可以将与以下的说明同样的构成应用于层叠型的电极体6A。一般地,层叠型的电极体的制造比卷绕型的电极体的制造容易,因此通过应用于层叠型的电极体6A,能够使生产效率提高。
<电极体的形状>
图3是表示实施方式1中的电极体6的构成的一例的图。如图3所示,电极体6与电池壳体8(壳体主体81)同样地具有扁平长方体的外形形状。电极体6以扁平长方体的长边(在图中为左右方向(y方向)的边)在电池壳体8的长边方向(参照图2)上延伸的方式收纳于电池壳体8中。
详细地讲,电极体6能够如以下那样成形。首先,通过将正极1、隔板3、负极2、隔板3依次重叠而得到层叠体。通过将该层叠体绕着卷绕轴AX卷绕成筒状而得到卷绕体。然后,通过将该卷绕体在侧面方向(纸面跟前-进深方向:x方向)压溃,从而成形为扁平形状。再者,为了说明,图3示出了卷绕途中的状态。
<正极>
正极1为带状的片。正极1包含正极集电体11和正极合剂层12。正极集电体11可以为例如铝(Al)箔、Al合金箔等。正极集电体11与正极端子91(参照图1)电连接。在图3的卷绕轴AX延伸的方向(y方向)上,正极集电体11之中的从正极合剂层12突出的部分能够被利用于与正极端子91(参照图1)的电连接。
正极合剂层12形成在正极集电体11的表面。正极合剂层12也可以形成在正极集电体11的表面和背面这两面。正极合剂层12包含正极活性物质、导电材料、粘合剂和阻燃剂(均未图示)。
正极活性物质可以为例如LiCoO2、LiNiO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM)、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4。也可以组合两种以上的正极活性物质来使用。
导电材料可以为例如乙炔黑(AB)、炉黑、气相生长碳纤维(VGCF)、石墨。
粘合剂可以为例如聚偏二氟乙烯(PVdF)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)。
阻燃剂只要是包含磷(P)或硫(S)的阻燃剂,且阻燃剂的热分解温度为80℃以上且210℃以下,就不特别限定。阻燃剂可以为例如氨基磺酸胍、磷酸胍、磷酸脒基脲、磷酸二铵、聚磷酸铵、氨基磺酸铵、氰尿酸三聚氰胺、双酚A双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、三异丙基苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯、三甲基磷酸酯、三乙基磷酸酯、磷酸三甲苯酚酯(tricresyl phosphate ester)、三(氯异丙基)磷酸酯、(C4H9)3PO)、(HO-C3H6)3PO、磷腈化合物、五氧化二磷、聚磷酸、三聚氰胺等。这些阻燃剂可以单独使用,也可以组合两种以上的阻燃剂来使用。
<负极>
负极2为带状的片。负极2包含负极合剂层22和负极集电体21。负极集电体21与负极端子92电连接。负极集电体21可以为例如铜(Cu)箔。
负极合剂层22形成在负极集电体21的表面。负极合剂层22也可以形成在负极集电体21的表面和背面这两面。负极合剂层22包含负极活性物质和粘合剂。
负极活性物质为石墨系材料(以下也记载为碳)。具体而言,负极活性物质可以为非晶碳涂层石墨(在石墨粒子的表面涂敷有非晶碳的形态的石墨)、石墨、易石墨化性碳、难石墨化性碳。
粘合剂可以为例如羧甲基纤维素(CMC)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)。
<隔板>
隔板3为带状的膜。隔板3配置在正极1与负极2之间,将正极1和负极2电绝缘。隔板3的材料可为多孔质材料,可为例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)。
隔板3可以具有单层结构。隔板3可以仅由例如聚乙烯(PE)制的多孔质膜形成。另一方面,隔板3可以具有多层结构。例如,隔板3可以具有由第1聚丙烯(PP)制的多孔质膜、聚乙烯(PE)制的多孔质膜、和第2聚丙烯(PP)制的多孔质膜构成的3层结构。
<电解液>
电解液7至少包含锂(Li)盐和溶剂。Li盐是溶解于溶剂的支持电解质。Li盐可以为例如LiPF6、LiBF4、Li[N(FSO2)2]、Li[N(CF3SO2)2]。可以单独使用1种Li盐,也可以组合两种以上的Li盐来使用。
溶剂为非质子性的。溶剂可以为例如环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物。
环状碳酸酯可以为例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)等。可以单独地使用1种环状碳酸酯。也可以组合两种以上的环状碳酸酯来使用。
链状碳酸酯可以为例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等。可以单独地使用1种链状碳酸酯。也可以组合两种以上的链状碳酸酯来使用。
溶剂可以包含例如内酯、环状醚、链状醚、羧酸酯等。内酯可以为例如γ-丁内酯(GBL)、δ-戊内酯等。环状醚可以为例如四氢呋喃(THF)、1,3-二氧杂戊环、1,4-二
Figure BDA0003126239330000061
烷等。链状醚可以为1,2-二甲氧基乙烷(DME)等。羧酸酯可以为例如甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)等。
电解液7,也可以除了Li盐和溶剂以外还包含各种功能性添加剂。作为功能性添加剂,可举出例如气体发生剂(过充电添加剂)、SEI(Solid Electrolyte Interface:固体电解质界面)膜形成剂等。气体发生剂可以为例如环己基苯(CHB)、联苯(BP)。SEI膜形成剂可以为例如碳酸亚乙烯基酯(VC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、Li[B(C2O4)2]、LiPO2F2、丙磺酸内酯(propane sultone)(PS)、亚硫酸亚乙酯(ethylene sulfite)(ES)。
<金属异物的混入>
众所周知一般在锂离子二次电池的制造工序中金属异物可能混入到电池壳体的内部。使用单电池5来列举具体例进行说明,例如,在通过激光焊接将正极集电体11和负极集电体21的端部接合时有产生金属片(飞溅)的可能性。另外,在将电极体6收纳于壳体主体81中之后对壳体主体81和盖体82进行激光焊接时也有产生金属片的可能性。而且,除了单电池5的制造工序以外,也可想到由于例如搭载了单电池5的车辆的碰撞等而对单电池5施加冲击从而产生金属片的可能性。
若金属异物混入,则由于该金属异物附着于电极体6,电极体6可能短路。于是,电极体6发热,根据情况而有热失控的可能性。因此,可考虑采取用于抑制发热(热失控)的措施。另一方面,在采取了过度的措施的情况下,有产生单电池5的能量密度降低、单电池5的尺寸大型化等弊害的可能性。
本发明人着眼于在金属异物使电极体6短路的情况下该短路在电极体6的最外周部分发生这一点。在实施方式1中,通过在配置于电极体6的最外周的包含负极2的层的材料中采用LTO,使针对由金属异物的混入等引起的电极体6的短路的抗性提高。但是,包含LTO的层不限定于最外周的层(最外层),也可以为包含最外层的规定数目的层。
<电极体的构成>
图4是示意性地表示沿着图3的IV-IV线的电极体6的截面的图。在图4中,从电极体6的外侧到内侧图示了构成电极体6的正极1、负极2和隔板3的层叠结构。所谓电极体6的外侧是指离电池壳体8近的那一侧。
将配置在最外侧的隔板3和负极2A记载为“第1层”(=最外层)。将从外侧起算按第2个配置的隔板3和正极1记载为“第2层”。将从外侧起算按第3个配置的隔板3和负极2记载为“第3层”。将从外侧起算按第4个配置的隔板3和正极1记载为“第4层”。关于第5层及其以后的层也是同样的。
在本实施方式中,构成第3层、第5层(以及与其连续的奇数序号的层)的负极2的负极合剂层22包含石墨系材料(碳)作为负极活性物质。
另一方面,构成第1层的负极2A的负极合剂层29,除了石墨系材料以外还包含锂钛复合氧化物(LTO)作为负极活性物质,或者,代替石墨系材料而包含锂钛复合氧化物(LTO)作为负极活性物质。LTO为包含锂(Li)和钛(Ti)的复合氧化物,能够具有各种化学组成。LTO可以具有例如Li4Ti5O12这样的化学组成。负极合剂层29相当于本公开涉及的“抑制发热构件”。
锂离子二次电池中所使用的典型的负极活性物质是石墨系材料。石墨系材料作为具有高导电性的材料(换句话说,是电阻低的材料)而被众所周知。因此,在使用了石墨系材料的负极发生了短路的情况下,较大的短路电流容易通过石墨系材料而流动。于是,有发生短路时的发热量变大,引起热失控的可能性。
与此相对,LTO从其结构看,能够具有在锂离子脱离了的状态下电阻上升的性质。另外,可以认为在短路发生时锂离子从LTO脱离。因此,通过使LTO混合到石墨系材料中,能够使电阻上升,由此能够使短路发生时的短路电流减少。其结果,能够降低短路发生时的发热量、抑制热失控。
图5是示意性表示电极体6的截面的另一例的图。在图4中,图示仅在第1层中设置有包含LTO作为负极活性物质的负极合剂层29的例子来进行了说明。在图4的例子中,仅第1层相当于本公开涉及的“外侧层”,第3层或比其靠内侧的层相当于“内侧层”。但是,如图5所示,也可以在例如第1层和第3层中设置有负极合剂层29。在图5的例子中,第1层和第3层相当于本公开涉及的“外侧层”,第5层或比其靠内侧的层相当于“内侧层”。
虽然未图示,但也可以在3层以上的层中设置有负极合剂层29。在以下说明的评价试验中,也采用在3层(第1层、第3层和第5层)中设置有负极合剂层29的结构。但是,不优选在所有的奇数序号的层中设置有负极合剂层29。
<评价结果>
接着,关于针对实施方式1涉及的单电池5的评价试验的结果进行说明。在正极1(正极活性物质)中使用了镍钴锰氧化物(NCM)。在负极2(负极活性物质)中使用了碳。将聚丙烯(PP)层、聚乙烯(PE)层和聚丙烯(PP)层层叠而成的3层结构的隔板用于隔板3。单电池5的容量为20Ah。作为金属异物,使用了关于“EV用锂离子二次电池单电池的安全要件”的国际标准IEC62660-3中所规定的L字型的结构体。该结构体的尺寸为高度200μm×长度2000μm×宽度100μm。关于实施方式2的评价试验(后述),这些试验条件也相同。
图6是汇总了实施方式1涉及的单电池5的评价试验的结果的图。如图6所示,在该评价试验中准备了6个样品。在这些样品之间,负极合剂层29中的LTO含有率和/或含有LTO的负极合剂层29的层数是不同的。以下,将该层数也记载为“措施层数”。
另外,为了对照实验,也准备了措施层数为0的样品、即仅包含只含石墨系材料的负极合剂层22的样品,并进行了评价。在该对照样品中,从最外层起的4层(第1层~第4层)的隔板3发生了短路。另外,由于短路而产生发热的初期温度(热失控开始了的温度)为160℃。
在样品(1)~(3)之间,措施层数相同,都为3层,LTO含有率相互不同。因此,通过比较样品(1)~(3),能够评价LTO含有率的影响。样品(1)的LTO含有率为100%,样品(2)的LTO含有率为50%,样品(3)的LTO含有率为20%。
LTO的含有率相对高的样品(1)、(2),与LTO的含有率相对低的样品(3)相比,隔板3发生短路的层数少。另外,按照样品(1)、(2)、(3)的顺序,即按照LTO的含有率从高到低的顺序,热失控的开始温度从高变低。从该评价结果可知,LTO的含有率越高,防止隔板3短路的效果越高,抑制隔板3发热的效果也越高。
在样品(1)和样品(4)之间,LTO含有率相同,都为100%,另一方面,措施层数为3层或2层且不同。同样地,在样品(2)和样品(5)之间,LTO含有率相同,都为50%,另一方面,措施层数为3层或2层且不同。在样品(3)和样品(6)之间,LTO含有率相同,都为20%,另一方面,措施层数为3层或2层且不同。因此,通过样品(1)与样品(4)的比较、样品(2)与样品(5)的比较、以及样品(3)与样品(6)的比较,能够评价措施层数的影响。
在上述三组的任一组的比较中,隔板3发生短路的层数相等,并且,热失控的开始温度也相等。从这些评价结果可理解到:措施层数对防止隔板3的短路和抑制发热的影响几乎没有。
如以上那样,在实施方式1中,将设置有混合了LTO的负极合剂层29的负极2A局部地配置在包含最外层的规定数目的层(可以为单层,也可以为多层)中。负极合剂层29通过含有LTO,与只含有石墨系材料的负极合剂层22相比,显示出高的电阻。因此,即使在发生了短路的情况下,也难以传输大的短路电流。其结果,能够抑制与短路电流的传输相伴的发热,而且能够抑制单电池5的热失控。
另外,也可想到对全部的层采取用于抑制短路电流的传输的措施。但是,若那样的话,则由于电极体6的厚度增大而可能带来单电池5的能量密度的降低或大型化等弊害。与此相对,在实施方式1中,包含LTO的层被限定为最外层(包含最外层的数层)。因此,也能够防止能量密度的降低或大型化等弊害。
[实施方式2]
在实施方式1中,说明了对负极2采取措施、且在负极活性物质中采用LTO的例子。在实施方式2中,说明对隔板3采取措施的例子。
实施方式2涉及的非水电解质二次电池并不限定于锂离子二次电池,也可以为例如钠离子二次电池。但是,在实施方式2中,也以锂离子二次电池为例进行说明。实施方式2涉及的锂离子二次电池的整体构成与图1和图2示出的构成同样,因此不重复说明。
<电极体的构成>
图7是表示实施方式2中的电极体的构成的一例的图。图8是示意性表示沿着图7的VIII-VIII线的电极体6B的截面的图。参照图7和图8,电极体6B,在电极体6B的最外周的中央部包含耐热层4(HRL:Heat Resistance Layer),在这一点上与实施方式1中的电极体6(参照图3~图5)不同。耐热层4在电极体6B的长边方向(y方向)上局部地设置在电极体6B的中央区域。这是因为,在与电极体6的膨胀收缩相伴的载荷集中的最外周部分的中央区域,特别容易发生电极体6的短路。再者,耐热层4相当于本公开涉及的“抑制发热构件”。
耐热层4是用于使电极体6B的耐热性提高的结构,包含耐热材料。具体而言,耐热层4为例如耐热性的树脂膜。耐热层4可为聚酰亚胺膜(例如Kapton tape(注册商标))。耐热层4也可以为涂敷了硅氧烷系或丙烯酸系的粘接剂的耐热绝缘带(例如Nomex tape(注册商标))。
耐热层4可以为热稳定性高的活性物质(钛酸锂、磷酸铁锂等)。而且,耐热层4也可以为公知的各种耐热材料、绝热材料或吸热材料。作为一例,能够采用氧化铝(Al2O3)等具有耐热性的陶瓷(精细陶瓷)。
另外,耐热层4也可以为使用与其他的部分相同的材料(即隔板3的材料)并且使隔板3的厚度局部地增加的区域。具体而言,可以将切割加工得细小的隔板3与通常的隔板3重叠,并利用粘接剂或胶带等进行粘接。
<评价结果>
图9是汇总了实施方式2涉及的单电池的评价试验的结果的图。参照图9,在该评价试验中准备了8个样品。在这些样品之间,耐热层4的厚度或宽度、和/或耐热层4的层数不同。
在实施方式2中,也准备了耐热层4的层数为0的对照样品。在对照样品中,从最外层起4层(第1层~第4层)的隔板3发生了短路。
在样品(1)~(3)之间,耐热层4的层数相同,都为4层,耐热层4的宽度(耐热层4的宽度相对于隔板3的总宽度的比率)也相同,都为20%,另一方面,耐热层4的厚度相互不同。因此,通过比较样品(1)~(3),能够评价耐热层4的厚度的影响。设置于样品(1)中的耐热层4的厚度为4μm。设置于样品(2)中的耐热层4的厚度为6μm。设置于样品(3)中的耐热层4的厚度为8μm。再者,关于耐热层4的宽度和厚度,可参照图7和图8。
按照样品(3)、(2)、(1)的顺序,即按照耐热层4的厚度从厚到薄的顺序,隔板3发生短路的层数从少变多。从该评价结果可知,耐热层4的厚度越厚,防止隔板3的短路的效果越高。
在样品(4)~(6)之间,耐热层4的层数相同,都为4层,耐热层4的厚度也相同,都为6μm,另一方面,耐热层4的宽度相互不同。因此,通过比较样品(4)~(6),能够评价耐热层4的宽度的影响。设置于样品(4)中的耐热层4的宽度为隔板3的总宽度的10%。设置于样品(5)中的耐热层4的宽度为隔板3的总宽度的5%。设置于样品(6)中的耐热层4的宽度为隔板3的总宽度的2%。
按照样品(4)、(5)、(6)的顺序,即按照耐热层4的宽度从大到小的顺序,隔板3发生短路的层数从少变多。从该评价结果可知,耐热层4的宽度越大,防止隔板3的短路效果越高。
在样品(2)、样品(7)、样品(8)之间,耐热层4的厚度为6μm、宽度为20%,这是相同的,但耐热层4的层数相互相同。因此,通过比较样品(2)、(7)、(8),能够评价耐热层4的层数的影响。设置于样品(2)中的耐热层4的层数为4层。设置于样品(7)中的耐热层4的层数为3层。设置于样品(8)中的耐热层4的层数为2层。
样品(2)和(7),与样品(8)相比,隔板3发生短路的层数少。从该评价结果可知,耐热层4的层数某种程度地多(在该例子中为3层以上)时,防止隔板3短路的效果高。
如以上那样,在实施方式2中,耐热层4被追加于构成包含最外层的规定数目的层的隔板3。通过设置耐热层4,与没有设置耐热层4的结构相比,即使在起因于电极体6的短路从而电极体6发热的情况下,也难以引起与电极体6的温度上升相伴的破损。另外,通过耐热层4保持电解液7,变得也难以引起电极体6的温度上升。因此,能够抑制电极体6B的热失控。
另外,也可想到对全部的层采取追加耐热层4的措施。但是,若那样的话,则电极体6B的厚度增大,可能带来能量密度的降低或大型化等弊害。与此相对,在实施方式2中,耐热层4的追加对象被限定于最外层(包含最外层的数层)。因此,也能够防止能量密度的降低或大型化等弊害。而且,通过将耐热层4限定在电极体6的最外周部分的中央区域,能够防止电解液7向电极体6浸渗的容易度(所谓的液蔓延性(fluidity))的降低。
再者,在电极体6B中,也可以除了耐热层4以外还如实施方式1那样设置有负极2A,所述负极2A是设置有混合了LTO的负极合剂层29的负极。换句话说,也能够将在实施方式1中说明过的措施和在实施方式2中说明过的措施组合。
此次公开的实施方式,应被认为在所有的方面为例示,而不是限制性的。本公开的范围并非上述的实施方式的说明,而是通过权利要求书示出,意图包括与权利要求书同等的意思以及范围内的所有的变更。

Claims (8)

1.一种非水电解质二次电池,其特征在于,具备电极体和电池壳体,
所述电极体是将各片状的正极和负极隔着隔板层叠而成的,
所述电池壳体收纳所述电极体和电解液,
所述电极体具有包含最外层的规定数目的外侧层和配置在比所述外侧层靠内侧的内侧层,所述最外层由配置在所述电极体的最外侧的隔板和负极构成,
所述外侧层包含抑制发热构件,所述抑制发热构件被构成为抑制起因于所述电极体的短路的所述电极体的发热,
所述内侧层不包含所述抑制发热构件。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其特征在于,
所述负极包含负极电极体和负极合剂层,
所述抑制发热构件包含所述负极合剂层,所述负极合剂层含有锂钛复合氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池,其特征在于,
所述抑制发热构件包含设置于所述隔板的耐热层。
4.根据权利要求3所述的非水电解质二次电池,其特征在于,
所述电池壳体为方形壳体,
所述电极体具有扁平长方体的外形形状,且以所述扁平长方体的长边在所述电池壳体的长边方向上延伸的方式收纳于所述电池壳体中,
所述耐热层在所述电极体的长边方向上局部地设置于所述电极体的中央区域。
5.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池,其特征在于,
所述耐热层为具有耐热性的树脂膜。
6.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池,其特征在于,
所述耐热层为具有耐热性的陶瓷。
7.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池,其特征在于,
所述耐热层为包含钛酸锂和磷酸铁锂之中的至少一者的活性物质。
8.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池,其特征在于,
所述耐热层为在所述中央区域追加的隔板。
CN202110689934.0A 2020-07-17 2021-06-22 非水电解质二次电池 Active CN113948780B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-122776 2020-07-17
JP2020122776A JP7371581B2 (ja) 2020-07-17 2020-07-17 非水電解質二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113948780A true CN113948780A (zh) 2022-01-18
CN113948780B CN113948780B (zh) 2024-04-26

Family

ID=79292883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110689934.0A Active CN113948780B (zh) 2020-07-17 2021-06-22 非水电解质二次电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220021047A1 (zh)
JP (1) JP7371581B2 (zh)
KR (1) KR102603369B1 (zh)
CN (1) CN113948780B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09270272A (ja) * 1996-04-01 1997-10-14 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
CN104205465A (zh) * 2012-02-28 2014-12-10 日产自动车株式会社 非水电解质二次电池
US20150194655A1 (en) * 2012-08-01 2015-07-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2017084683A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 二次電池
CN110021781A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 丰田自动车株式会社 非水电解液二次电池
CN110021782A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 丰田自动车株式会社 非水电解液二次电池和非水电解液二次电池的制造方法
JP2019145330A (ja) * 2018-02-20 2019-08-29 Tdk株式会社 非水電解液二次電池

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5400268B2 (ja) * 2006-01-26 2014-01-29 パナソニック株式会社 リチウム二次電池
WO2013012291A2 (ko) * 2011-07-21 2013-01-24 한화케미칼 주식회사 방열특성을 갖는 전지용 포장재
JP2014199714A (ja) * 2011-08-09 2014-10-23 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用負極およびその非水電解質二次電池
WO2015019429A1 (ja) * 2013-08-07 2015-02-12 株式会社日立製作所 電池モジュール
JP6206039B2 (ja) * 2013-09-26 2017-10-04 株式会社Gsユアサ 蓄電素子の製造方法
JP6270613B2 (ja) * 2014-04-25 2018-01-31 日立オートモティブシステムズ株式会社 角形二次電池
JP2016062832A (ja) * 2014-09-19 2016-04-25 トヨタ自動車株式会社 二次電池の製造方法
JP2016146262A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
WO2016163282A1 (ja) * 2015-04-07 2016-10-13 日立化成株式会社 リチウムイオン二次電池
KR101994948B1 (ko) * 2015-06-16 2019-09-30 주식회사 엘지화학 이차전지 및 그 제조방법
JP6436027B2 (ja) * 2015-09-16 2018-12-12 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン電池
JP6848172B2 (ja) * 2015-10-01 2021-03-24 株式会社豊田自動織機 リチウム複合金属酸化物部、中間部及び導電性酸化物部を有する材料
JP2018081787A (ja) * 2016-11-15 2018-05-24 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池用正極の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09270272A (ja) * 1996-04-01 1997-10-14 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
CN104205465A (zh) * 2012-02-28 2014-12-10 日产自动车株式会社 非水电解质二次电池
US20150194655A1 (en) * 2012-08-01 2015-07-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2017084683A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 二次電池
CN110021781A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 丰田自动车株式会社 非水电解液二次电池
CN110021782A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 丰田自动车株式会社 非水电解液二次电池和非水电解液二次电池的制造方法
JP2019145330A (ja) * 2018-02-20 2019-08-29 Tdk株式会社 非水電解液二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
US20220021047A1 (en) 2022-01-20
KR102603369B1 (ko) 2023-11-16
JP2022019136A (ja) 2022-01-27
CN113948780B (zh) 2024-04-26
KR20220010422A (ko) 2022-01-25
JP7371581B2 (ja) 2023-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107068973B (zh) 非水电解质二次电池用正极和非水电解质二次电池
US11094926B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery including trilithium phosphate and lithium fluorosulfonate
CN109671950B (zh) 正极板和非水电解质二次电池
US20170317377A1 (en) Secondary battery, electric vehicle, power storage system, and manufacturing method
JPWO2017094712A1 (ja) リチウムイオン二次電池
US10236537B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN109698316B (zh) 非水电解质二次电池
JP6489095B2 (ja) リチウムイオン二次電池の製造方法
US11552285B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6699160B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2013206724A (ja) 非水電解質二次電池
WO2018168272A1 (ja) 非水電解質二次電池用正極及び非水電解質二次電池
CN113948780B (zh) 非水电解质二次电池
CN108736015B (zh) 非水系电池
WO2019182013A1 (ja) リチウムイオン二次電池
KR102680363B1 (ko) 비수 전해질 이차 전지
JP6702345B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP7350761B2 (ja) 非水電解質二次電池、その製造方法および非水電解質二次電池システム
JP2018190624A (ja) 非水電解質二次電池
JP6562265B2 (ja) リチウムイオン二次電池
CN117941120A (zh) 电极极片、二次电池、电池模块、电池包及用电装置
JP2018067455A (ja) リチウムイオン二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant