CN116830344A - 蓄电元件以及蓄电元件的使用方法 - Google Patents

蓄电元件以及蓄电元件的使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蓄电元件，具备在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的卷绕电极体和容纳所述卷绕电极体的容器。所述卷绕电极体具有：复合材料层形成部，形成有复合材料层；和复合材料层非形成部，位于与卷绕轴平行的第一方向上的至少一端。在俯视下，所述卷绕电极体的所述第一方向的尺寸相对于与所述第一方向正交的第二方向的尺寸之比为1.45以上。

Description

蓄电元件以及蓄电元件的使用方法
技术领域
本发明涉及蓄电元件及其使用方法。
背景技术
近年来，锂离子二次电池等蓄电元件在笔记本型个人电脑、智能手机等便携式终端的电源、可再生能源蓄电系统、IoT设备电源等广泛的领域中使用。此外，作为电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、或插入式混合动力电动汽车(PHEV)等下一代清洁能量汽车用的电源，也正在积极地进行开发。
对于锂离子二次电池的正极活性物质，使用钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等锂过渡金属复合氧化物(例如参照专利文献1)。
为了减小容器内的死区来提高蓄电元件的能量密度，提出了各种构造(例如参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-157844号公报
专利文献2：日本特开2019-003880号公报
发明内容
发明要解决的课题
以往，在锂离子电池中，大多使用将长条的正极板以及长条的负极板隔着长条的隔离件层叠并将其层叠物卷绕而得到的所谓的卷绕型的电极体。卷绕型的电极体容易低成本地制造。
然而，卷绕型的电极体由于用于集电的部件(作为金属板部件的集电体等)占据容器内的比较大的空间，因而一般被认为并不适合能量密度的提高。
本公开的目的在于，提供使用卷绕电极体并改善了特性的蓄电元件及其使用方法。
用于解决课题的手段
本公开的一方式涉及的蓄电元件具备在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的卷绕电极体、和容纳所述卷绕电极体的容器。所述卷绕电极体具有：复合材料层形成部，形成有复合材料层；和复合材料层非形成部，位于与卷绕轴平行的第一方向上的至少一端。在俯视下，所述卷绕电极体的所述第一方向的尺寸相对于与所述第一方向正交的第二方向的尺寸之比为1.45以上。
发明效果
根据本公开，能够提供使用卷绕电极体并改善了特性的蓄电元件及其使用方法。
附图说明
图1是示出具备实施方式涉及的蓄电元件的蓄电装置的立体图。
图2是示出蓄电元件的结构例的分解立体图。
图3是示出电极体的结构例的概略图。
图4是对电极体的结构例进行说明的说明图。
图5是针对LMO电池而示出SOC与电压的关系的充放电曲线。
图6是针对LFP电池而示出SOC与电压的关系的充放电曲线。
具体实施方式
蓄电元件具备在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的卷绕电极体和容纳所述卷绕电极体的容器。所述卷绕电极体具有：复合材料层形成部，形成有复合材料层；复合材料层非形成部，位于与卷绕轴平行的第一方向上的至少一端。在俯视下，所述卷绕电极体的所述第一方向的尺寸相对于与所述第一方向正交的第二方向的尺寸之比为1.45以上。所述第一方向的尺寸相对于所述第二方向的尺寸之比也可以为1.82以上。
在本说明书中，所谓“卷绕轴”，既可以是作为卷绕的中心的假想的轴，也可以是如卷芯那样的物理性的轴。从能量密度提高的观点出发，卷绕轴优选为假想的直线状的轴。
在本说明书中，“俯视”是指，将容纳于容器而不能视觉确认的卷绕电极体从容器取出，或在容纳于容器之前，从与上述的第一方向以及第二方向正交的第三方向观察卷绕电极体的情况。
复合材料层非形成部既可以仅设置在卷绕电极体的第一方向上的一端，也可以设置在卷绕电极体的第一方向上的两端。在后者的情况下，在复合材料层非形成部之间设置复合材料层形成部。
关于尺寸之比，作为一个例子，在俯视下的卷绕电极体的第一方向尺寸为196.65mm且第二方向尺寸为135.60mm的情况下，成为1.45，作为另一例，在卷绕电极体的第一方向尺寸为246.65mm且第二方向尺寸为135.60mm的情况下，成为1.82。
若使用第一方向的尺寸相对于第二方向的尺寸之比为1.45以上的沿第一方向较长的卷绕电极体，并将该卷绕电极体容纳在与卷绕电极体同样长的容器，则能够减小集电部件在容器内占有的空间相对于容器的容积的比率。能够提供提高卷绕电极体在容器的容积中占据的体积的比(所谓的体积占有率(volume occupancy))且提高了能量密度的蓄电元件。
然而，在使用沿第一方向较长的卷绕电极体并通过位于其一端的复合材料层非形成部来进行充电及/或放电的情况下，在距离复合材料层非形成部较远的卷绕电极体的部分中，由于到该部分为止的电阻的影响而难以产生反应。例如，在锂离子电池的情况下，难以产生锂离子的插入脱离反应。换言之，若使用长的卷绕电极体，则容易在电极体内发生反应的偏差(容易产生锂离子的不均匀)。
如上述结构那样，若使用在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的电极体，则若蓄电元件成为非通电状态(例如在蓄电元件的放置时)，则电极体内的反应偏差被自然地消除。
将具有在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的电极体的蓄电元件(例如LMO电池)、和具有在正极活性物质中作为主成分而含有磷酸铁锂的电极体的蓄电元件(例如LFP电池)进行对比来说明其理由。图5是针对LMO电池而示出SOC(State ofCharge：充电状态)与电压的关系的充放电曲线。图6是针对LFP电池而示出SOC与电压的关系的充放电曲线。横轴为SOC(％)，纵轴为电压(V)。图中的实线表示充电曲线，虚线表示放电曲线。虽然未图示，但表示OCV(Open Circuit Voltage：开路电压)的曲线位于充电曲线和放电曲线的几乎中间。OCV是指，在不流动充放电电流的状态持续时等，电池的电压不受到极化的影响或小至能够忽略的程度时的电池的电压。LMO电池以及LFP电池的负极为石墨。
如图5所示，在LMO电池中，充放电曲线在其SOC的宽范围内具有梯度(具有与SOC的变化相应的电压差)。因此，即便在电极体内产生反应偏差，在非通电时电也会在电极体内从充电反应进展而电压变高的部分向充电反应未进展而电压低的部分流动，反应偏差被消除。
作为比较，在图6所示的LFP电池中，在其SOC的宽范围内电压几乎不变化(梯度极小的平稳区域)。因此，在充电反应进展的部分和充电反应未进展的部分中几乎不产生电压差，因而即便成为非通电状态，电极体内的反应偏差也难以被消除。若在反应偏差未被消除的状态下再次开始充放电，则电极体内的反应偏差进一步被促进。在低温环境下，该倾向变得特别显著。因此，如锰酸锂那样，在充放电曲线中，通过使用在正极活性物质中作为主成分而含有在SOC的宽范围内具有梯度的锂过渡金属的卷绕电极体，能够降低沿第一方向较长的卷绕电极体内的反应偏差。
也可以是，蓄电元件在被使用的充放电范围的95％以上的范围内，开路电压(OCV)为3.6V以上。
若对蓄电元件使用在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的卷绕电极体，则即便在SOC低的情况下(例如SOC为5％时)，OCV也被维持为3.6V以上。此外，在使用蓄电元件的充放电范围的几乎整个区域(例如SOC为5％～SOC为100％)中，OCV被维持为3.6V以上。因此，不易产生过放电。例如，在如-30℃那样的低温环境下，即便以高放电率进行放电(例如1C放电)，到放电终止电压(放电截止电压)为止也有富余，不易产生过放电。放电终止电压例如为3.0V。
作为比较，具有在正极活性物质中作为主成分而含有磷酸铁锂的电极体的蓄电元件(例如LFP电池)，在使用蓄电元件的充放电范围的整个区域中，OCV低于3.6V。
具有在正极活性物质中含有镍、钴、锰这三种成分的电极体的蓄电元件(例如NMC11 1电池)，仅在其SOC为50％以上的区域中，OCV为3.6V以上。在SOC小于50％的区域中，OCV小于3.6V，SOC越低则OCV越低。
在蓄电元件的使用方法中，针对上述蓄电元件，在开路电压(OCV)为3.6V以上的情况下使放电开始。
针对使用了在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的卷绕电极体的蓄电元件，通过在开路电压(OCV)为3.6V以上的情况下使放电开始，能够防止过放电而适当地使用。一般，通过由控制装置等控制放电电流来进行过放电的控制，但存在由于控制响应的迟延等而发生瞬时过放电的担扰。通过使用在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的卷绕电极体，能够几乎总是从3.6V以上这样的高的电压开始放电，因而能够充分地确保到放电终止电压为止的富余范围(余量)，防止过放电。
在上述的使用方法中，也可以在-30℃以下的温度范围内使蓄电元件的放电开始。在低温环境下，蓄电元件的内部电阻增加，伴随着放电的蓄电元件的电压下降增加。通过使用在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂的卷绕电极体，从而即便在低温环境下也能够确保到放电终止电压为止的余量，防止过放电。
以下，参照示出本发明的实施方式的附图对本发明具体地进行说明。
在以下的说明以及附图中，将与蓄电元件的卷绕电极体的卷绕轴平行的方向且为卷绕电极体的宽度方向(横向)设为第一方向。将与电极体的卷绕轴正交的方向且为电极体的高度方向(纵向)设为第二方向。将与电极体的卷绕轴正交的方向且为电极体的厚度方向设为第三方向。
<蓄电元件＞
图1是示出具备实施方式涉及的蓄电元件1的蓄电装置100的立体图。在图1中，示出将由被电连接的多个蓄电元件1构成的蓄电单元进一步集合后的蓄电装置100的一个例子。蓄电元件1具有长方体状，在两端面的中央设置有正极端子11以及负极端子12。相邻的蓄电元件1的相邻的正极端子11以及负极端子12由未图示的汇流条等连接，蓄电元件1被串联地连接。蓄电装置100也可以具备监视蓄电元件1的状态的BMU(Battery ManagementUnit，电池管理单元)及/或CMU(Cell Monitoring Unit，单电池监控单元)等。
蓄电元件1是锂离子二次电池等单电池。蓄电元件1以被电连接多个而得到的蓄电单元或蓄电装置100(电池组)的状态应用于电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、或插入式混合动力电动汽车(PHEV)等汽车用电源、电子设备用电源、电力贮存用电源等。
图2是示出蓄电元件1的结构例的分解立体图。蓄电元件1通过将扁平形状的卷绕电极体(以下也简称为电极体)13和未图示的电解质容纳于中空长方体状的容器14而被构成。对于容器14的材质，例如能使用铝、不锈钢等金属材料。
图3是示出电极体13的结构例的概略图。在图3中，将电极体13的卷绕状态一部分展开而进行了图示。电极体13具备正极15以及负极16和两张片状的隔离件17。电极体13通过将正极15和负极16隔着隔离件17重叠并以卷绕轴X为中心卷绕而被形成。
正极15是在由铝或铝合金等构成的片状的正极基板151的表面形成有正极活性物质层152的极板。正极15在第一方向上在一端具备未形成正极活性物质层152的正极的未涂敷部153。负极16是在由铜或铜合金等构成的片状的负极基板161的表面形成有负极活性物质层162的极板。负极16在第一方向上在另一端具备未形成负极活性物质层162的负极的未涂敷部163。
正极15以及负极16以在第一方向上错开的状态被配置。将正极15以及负极16卷绕而形成的电极体13具有形成有正极活性物质层152或负极活性物质层162的复合材料层形成部131、和除所述复合材料层形成部131以外的复合材料层非形成部132。在图3的例子中，电极体13具有位于第一方向的中央的复合材料层形成部131、位于左端的负极的复合材料层非形成部132以及位于右端的正极的复合材料层非形成部132。在负极的复合材料层非形成部132，例如接合铜等金属制的未图示的负极集电体。负极16经由负极集电体与负极端子12电连接。在正极的复合材料层非形成部132，例如接合铝等金属制的未图示的正极集电体。正极15经由正极集电体与正极端子11电连接。
正极活性物质层152包含正极活性物质。对于正极活性物质，能够使用能够吸藏以及放出锂离子且在SOC的宽区域中具有与SOC的变化相应的电压差的材料。在本实施方式中，正极活性物质作为主成分而包含以锂和锰为构成元素的锰酸锂(LixMnyOZ)。详细地，正极活性物质包含由锰酸锂的一次粒子的凝集体构成的二次粒子作为活性物质粒子。锰酸锂的二次粒子例如能通过向锰酸锂粉末混合碳原料并对混合物进行烧成而将添加剂烧掉来获得。作为锰酸锂，例如能举出LiMnO2。
正极活性物质也可以还包含其他锂过渡金属氧化物。作为其他锂过渡金属氧化物，优选与锰酸锂同样在SOC的宽区域内具有与SOC的变化相应的电压差的锂过渡金属氧化物。作为其他锂过渡金属氧化物，例如优选LiNiMnCoO2(NMC111)等锂镍钴锰复合氧化物。其他锂过渡金属氧化物也可以将2种以上混合来使用。
正极活性物质层152也可以还包含导电助剂、粘合剂、增粘剂等。作为导电助剂，例如能举出乙炔黑等碳黑、石墨等碳材料等。作为粘合剂，例如可举出聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)等。作为增粘剂，例如可举出羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素等。
在将锰酸锂与其他锂过渡金属氧化物的混合物整体设为100重量％时，锰酸锂的含量优选为50重量％以上。通过在上述范围内向锰酸锂添加其他锂过渡金属氧化物，能够进一步提高本申请发明的效果，并且能够提高蓄电元件的能量密度，能够具备良好的安全性。锰酸锂的含量更优选为70重量％以上，进一步优选为100重量％。
负极活性物质层162包含负极活性物质。对于负极活性物质，能够使用能够吸藏以及放出锂离子的材料。作为负极活性物质，例如能举出石墨(graphite)、硬碳、软碳等碳材料。负极活性物质层也可以还包含导电助剂、粘合剂、增粘剂等。导电助剂、粘合剂、增粘剂等能够使用与正极活性物质层152同样的材料。
隔离件17由多孔性的树脂膜形成。作为多孔性的树脂膜，能够使用由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等树脂构成的多孔性树脂膜。隔离件17既可以由单层构造的树脂膜形成，也可以由具有二层以上的多层构造的树脂膜形成。隔离件17也可以具备耐热层。
对于与电极体13一起容纳在容器14的电解质，能够使用与以往的锂离子电池同样的电解质。例如，作为电解质，能够使用在有机溶剂中含有支撑盐的电解质。作为有机溶剂，例如能举出碳酸盐类、酯类、醚类等非质子性溶剂等。作为支撑盐，例如能举出LiPF6、LiBF4、LiClO4等锂盐等。电解质例如也可以包含气体产生剂、被膜形成剂、分散剂、增粘剂等各种添加剂。
图4是对电极体13的结构例进行说明的说明图。使用图4，对本实施方式中的电极体13的第一方向的尺寸(以下也称为第一尺寸)与第二方向的尺寸(以下也称为第二尺寸)之比进行说明。图4是从垂直于与第一方向以及第二方向平行的面的第三方向观察的电极体13的俯视图。电极体13在俯视下具有长方形状。第一方向相当于电极体13的宽度方向，第二方向相当于电极体13的高度方向。
电极体13具有形成有正极活性物质层152或负极活性物质层162的复合材料层形成部131、和设置在第一方向的两端的负极的复合材料层非形成部132以及正极的复合材料层非形成部132。在本实施方式中，复合材料层形成部131的宽度相当于负极活性物质层162的宽度。负极的复合材料层非形成部132的宽度相当于负极的未涂敷部163的宽度。正极的复合材料层非形成部132的宽度相当于从正极的未涂敷部153的宽度中减去负极基板161的重叠部分而得到的值。第一尺寸是指将这些复合材料层形成部131、负极的复合材料层非形成部132以及正极的复合材料层非形成部132的宽度合计而得到的尺寸。第二尺寸是指电极体13的第二方向上的尺寸。
电极体13的第一尺寸相对于第二尺寸之比(第一尺寸/第二尺寸)为1.45以上。通过将第一尺寸/第二尺寸设为1.45以上，能够改善能量密度。从能量密度提高的观点出发，第一尺寸/第二尺寸优选为1.82以上。
在蓄电元件1中，在将极板绕卷绕轴卷绕而形成电极体13的情况下，有卷绕轴沿上下方向(纵向)延伸的横卷型电极体、和卷绕轴沿左右方向(横向)延伸的纵卷型电极体。一般，在容器14内的空间效率等方面，横卷型电极体的能量密度比纵卷型电极体更高。然而，若电极体13沿横向变长，则容器14内的空间效率在横卷型电极体和纵卷型电极体中逆转，纵卷型电极体的能量密度变得比横卷型电极体更高。
具体地，在横卷型电极体中，即便电极体13沿横向变长，容器14内的极板的复合材料层形成部13所占据的比例也不怎么变化。相对于此，在纵卷型电极体中，若电极体13沿横向变长，则极板的复合材料层形成部131相对于复合材料层非形成部132的比率变大，因而容器14内的极板的复合材料层形成部131所占据的比例变大。复合材料层形成部131是进行锂离子的吸藏脱离反应的区域。复合材料层非形成部132是基板露出的部分，因而是不进行锂离子的吸藏脱离反应的区域。通过将纵卷型的电极体13中的第一尺寸与第二尺寸的比率设为1.45以上，能够提高容器14内的极板的复合材料层形成部131的比例，能够相比于横卷型改善能量密度。
在上述中，对在电极体13的第一方向上在两端分别设置正极的未涂敷部153以及负极的未涂敷部163的例子进行了说明。代替性地，电极体13也可以在第一方向上在一端设置正极的未涂敷部153以及负极的未涂敷部163这两方，也可以在第一方向上在两端设置正极的未涂敷部153以及负极的未涂敷部163这两方。
<蓄电元件的制造方法>
对本发明的实施方式涉及的蓄电元件1的制造方法的一个例子进行说明。
首先，制作正极15以及负极16。正极15通过在正极基板151直接或隔着中间层涂敷正极合剂膏并使其干燥来制作。此时，调整正极合剂膏的涂敷位置，使得在正极15的一端形成正极的未涂敷部153。在正极合剂膏中包含正极活性物质等构成正极活性物质层152的各成分和分散剂。在正极活性物质中包含上述锰酸锂。同样，负极16通过在负极基板161直接或隔着中间层涂敷负极合剂膏并使其干燥来制作。此时，调整负极合剂膏的涂敷位置，使得在负极16的一端形成负极的未涂敷部163。在负极合剂膏中包含负极活性物质等构成负极活性物质层162的各成分和分散剂。
将正极15以及负极16切割成规定的尺寸。通过将正极15、负极16以及隔离件17以卷绕轴X为中心卷绕成规定的长度来制作规定的第一尺寸/第二尺寸的电极体13。在电极体13中的正极的复合材料层非形成部132接合正极集电体(正极端子用极耳)，在负极的复合材料层非形成部132接合负极集电体(负极端子用极耳)。
从容器14的开口容纳电极体13以及电解质。将正极集电体与正极端子11连接，将负极集电体与负极端子12连接。覆盖容器14的开口，并通过焊接或粘接剂等将其接合。由此获得电池(蓄电元件1)。
<蓄电元件的使用方法>
本发明的实施方式涉及的使用方法针对蓄电元件1，在开路电压(OCV)为3.6V以上的情况下使放电开始。上述的使用方法也可以在-30℃以下的温度范围内使放电开始。
通过从开路电压(OCV)为3.6V以上这样的高的电压状态起使放电开始，能够充分地确保到放电终止电压为止的余量，能够防止过放电。特别地，即便在如内部电阻增加的-30℃那样的低温环境下，也能够充分地确保到放电终止电压为止的余量。
实施例
以下，基于实施例以及比较例对本发明进一步具体地进行说明，但其意图并不在于将本发明限定于这些实施例。
[实施例1]
通过与上述的制造方法同样的工序，制作使用了具有下述表1以及以下所示的尺寸且在正极活性物质中作为主成分而含有LiMnO2的纵卷的电极体的实施例1的蓄电元件。对于负极活性物质，使用石墨(graphite)作为主成分。
实施例1的蓄电元件中的第一尺寸以外的尺寸如以下所示。
电极体：第二尺寸(高度)135.6mm，厚度19.37mm
容器：宽度200mm，高度145mm，厚度22mm(不含电极端子部分)
正极基板：宽度180.4mm
正极活性物质层：宽度166.2mm
正极的未涂敷部：14.2mm
负极基板：宽度184.5mm
负极活性物质层：宽度170.3mm
负极的未涂敷部：宽度14.2mm
正极端子用极耳以及负极端子用极耳：宽度13.1mm
[表1]
[实施例2～8]
将电极体的第一尺寸/第二尺寸设为如表1所示的那样，并对电极体的复合材料层形成部以及容器的宽度进行了变更，除此以外与实施例1同样地制作了实施例2～8的蓄电元件。在实施例2～8中，使电极体的正极活性物质层以及负极活性物质层(复合材料层形成部)的宽度与各实施例中的电极体的第一尺寸和实施例1中的电极体的第一尺寸的差分相应地增加。电极体的第二尺寸统一为135.6mm，厚度统一为19.37mm。同样，与电极体的第一尺寸间的差分相应地使容器的宽度增加。容器的高度统一为145mm，厚度统一为22mm。
[比较例1～2]
将电极体的第一尺寸/第二尺寸设为如表1所示的那样，并对电极体的复合材料层形成部以及容器的宽度进行了变更，除此以外与实施例1同样地制作了比较例1～2的蓄电元件。与实施例2～8同样，使复合材料层形成部以及容器的宽度与各比较例中的电极体的第一尺寸和实施例1中的电极体的第一尺寸的差分相应地减少。
[比较例3～12]
作为正极活性物质的主成分使用LiFePO4，将电极体的第一尺寸/第二尺寸设为如表1所示的那样，对电极体的复合材料层形成部以及容器的宽度进行了变更，除此以外与实施例1同样地制作了比较例3～12的蓄电元件。与实施例2～8同样，使复合材料层形成部以及容器的宽度与各比较例中的电极体的第一尺寸和实施例1中的电极体的第一尺寸的差分相应地增加或减少。
[比较例13～14]
作为正极活性物质的主成分使用LiCoO2，将电极体的第一尺寸/第二尺寸设为如表1所示的那样，对电极体的复合材料层形成部以及容器的宽度进行了变更，除此以外与实施例1同样地制作了比较例13～14的蓄电元件。与实施例2～8同样，使复合材料层形成部以及容器的宽度与各比较例中的电极体的第一尺寸和实施例1中的电极体的第一尺寸的差分相应地增加或减少。
<体积能量密度>
针对上述实施例1～8以及比较例1～14的蓄电元件，调查了体积能量密度。针对实施例1～8以及比较例1～14的蓄电元件进行了充放电试验。针对实施例1～8以及比较例1～2的蓄电元件，关于充电，以倍率0.2C、电压4.2V、7.5小时进行了恒定电流恒定电压充电，关于放电，以倍率0.2C、截止电压3.0V进行了恒定电流放电。针对比较例3～12的蓄电元件，关于充电，进行了倍率0.2C、电压3.5V、7.5小时的恒定电流恒定电压充电，关于放电，以倍率0.2C、截止电压2.5V进行了恒定电流放电。在比较例13～14的蓄电元件中，关于充电，进行了倍率0.2C、电压4.1V、7.5小时的恒定电流恒定电压充电，关于放电，以倍率0.2C、截止电压3.0V进行了恒定电流放电。通过计算求出了该情况下的放电容量(mAh)。将计算出的放电容量(mAh)除以容器尺寸(cm3)而得到的每单位体积的放电容量(mAh/cm3)、与放电时的电压(V)相乘而得到的值，设为体积能量密度(Wh/L)。将结果示出于下述表2。
此外，通过计算求出了使用横卷的电极体的情况下的蓄电元件的体积能量密度，该横卷的电极体使用与各实施例1～8以及比较例1～14同样的材料并设计为第二尺寸/第一方向的比率相同。将纵卷以及横卷中的体积能量密度的差分一起合并记载在下述表2中。
[表2]
<钉刺试验＞
在将实施例1～8以及比较例1～14的蓄电元件充满电之后，进行了将直径5mm的钉向蓄电元件刺入7mm的钉刺试验。钉刺试验结果的良否判断通过冒烟或起火的有无来进行。将结果合并记载在上述表2中。在表2中，在没有冒烟或起火的情况下记载为○，在有冒烟或起火的情况下记载为×。
如根据上述表2而明确的那样，在电极体的卷绕方向为纵卷的情况下，第一尺寸/第二尺寸为1.45时成为与横卷的情况相同的能量密度，为1.82以上时成为高于横卷的情况的能量密度。若第一尺寸/第二尺寸小于1.45，则成为低于横卷的情况的能量密度。能确认到若第一尺寸/第二尺寸为1.45以上，则能够改善具有纵卷构造的卷绕电极体的能量密度。
实施例1～8的包括锰酸锂的蓄电元件的能量密度高，安全性良好。在实施例1～8中，能量密度为316Wh/L以上。比较例5～12的包含磷酸铁锂的蓄电元件的安全性良好，但与实施例1～8相比，能量密度低。比较例13～14的包含钴酸锂的蓄电元件的能量密度高，但钉刺时的安全性不充分且确认到了白烟。能确认到通过将正极活性物质的主成分设为锰酸锂而能够提供具备高的能量密度以及良好的安全性的蓄电元件。
<放电性能特性>
针对上述实施例2以及比较例6中制作的蓄电元件，调查了放电性能特性。在下述表3所示的放电倍率以及环境温度下进行放电试验，测定了蓄电元件的放电容量。实施例2的蓄电元件中的放电截止电压设为2V，比较例6的蓄电元件中的放电截止电压设为2.3V。将各放电倍率以及环境温度下的放电时的放电容量除以放电倍率0.5C、温度25℃下的放电时的放电容量而得到的值设为放电容量(百分比)。
[表3]
如根据上述表3而明确的那样，实施例2的蓄电元件即便在低温环境下也表现出高的放电容量。实施例2的蓄电元件在温度-30℃的情况下，在放电倍率为0.5C时放电容量为70％，即便在放电倍率为10C的高倍率放电时放电容量也为40％。比较例6的蓄电元件在温度-30℃的情况下，在放电倍率为0.5C时放电容量为52％，在放电倍率为10C时放电容量下降到27％。能确认到实施例2的蓄电元件能够降低低温环境下的放电容量的下降。通过将正极活性物质的主成分设为锰酸锂，能够提供在宽温度范围内具备良好的放电性能特性的蓄电元件。
<循环特性>
针对在上述实施例2以及比较例6中制作的蓄电元件，调查了下述表4所示的2个温度环境下的循环特性。在25℃以及-10℃这2个温度环境下，重复充电以及放电。具体地，在环境温度25℃以及-10℃下保管蓄电元件，以充电倍率1C进行1.5小时的恒定电流恒定电压充电之后，停止给定时间。实施例2的蓄电元件中的恒定电压充电设为4.2V，比较例6设为3.5V。接着，在以放电倍率1C进行恒定电流放电之后，停止给定时间。实施例2的蓄电元件中的放电截止电压设为3.0V，比较例6设为2.5V。重复实施该充放电循环，测定了各循环中的蓄电元件的放电容量。
将各次循环的放电时的放电容量除以第1次循环的放电时的放电容量而得到的值设为初始容量比(百分比。也称为容量维持率)，调查了初始容量比成为80％的循环数。初始容量比成为80％的循环数是指，在重复充放电的情况下，初始容量首次下降为80％时的循环数。将结果合并记载在下述表4中。
[表4]
根据上述表4明确可知，实施例2的蓄电元件在-10℃的低温环境下，到第850次循环为止将初始容量比维持为80％以上，低温环境下的劣化少。相对于此可知，比较例6的蓄电元件在-10℃的低温环境下，在第100次循环中，初始容量比下降为80％，低温环境下的劣化大。能确认到通过将正极活性物质的主成分设为锰酸锂，能够提供在宽温度范围内具备良好的循环特性的蓄电元件。
本次公开的实施方式在所有方面均为例示，并不是限制性的。本发明的范围由专利请求的范围表示，包括与专利请求的范围等同的意思以及范围内的所有变更。
符号说明
100蓄电装置
1蓄电元件
13电极体(卷绕电极体)
131复合材料层形成部
132复合材料层非形成部
14容器
15正极
152正极活性物质层
16负极
162负极活性物质层。

Claims (5)

1.一种蓄电元件，其特征在于，具备：
卷绕电极体，在正极活性物质中作为主成分而含有锰酸锂；和
容器，容纳所述卷绕电极体，
所述卷绕电极体具有：
复合材料层形成部，形成有复合材料层；和
复合材料层非形成部，位于与卷绕轴平行的第一方向上的至少一端，
在俯视下，所述卷绕电极体的所述第一方向的尺寸相对于与所述第一方向正交的第二方向的尺寸之比为1.45以上。
2.根据权利要求1所述的蓄电元件，其特征在于，
所述第一方向的尺寸相对于所述第二方向的尺寸之比为1.82以上。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电元件，其特征在于，
在被使用的充放电范围的95％以上的范围内，开路电压OCV为3.6V以上。
4.一种蓄电元件的使用方法，其特征在于，
针对权利要求1至3的任一项所述的蓄电元件，在开路电压OCV为3.6V以上的情况下使放电开始。
5.根据权利要求4所述的蓄电元件的使用方法，其特征在于，
在-30℃以下的温度范围内使放电开始。
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