CN117747970A - 锂离子二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够提高输入输出特性的锂离子二次电池。锂离子二次电池具备：具有负极基材和负极复合材料层的负极板；具有正极基材和正极复合材料层的正极板；设置在负极板与正极板之间的隔板；以及非水电解液。负极基材具有比负极复合材料层向第1宽度方向突出、与负极外部端子电连接的负极连接部，正极基材具有比正极复合材料层向作为第1宽度方向的相反方向的第2宽度方向突出、与正极外部端子电连接的正极连接部。隔板按照与正极复合材料层中的第2宽度方向W2的端部对置的部位的透气度大于与正极复合材料层中的第1宽度方向的端部对置的部位的透气度的方式构成。
Description
技术领域
本公开涉及锂离子二次电池。
背景技术
以往，作为锂离子二次电池，存在具备负极板、正极板、隔板、以及非水电解液的锂离子二次电池。负极板具有负极基材、以及设置在负极基材的表面的负极复合材料层，正极板具有正极基材、以及设置在正极基材的表面的正极复合材料层。隔板被设置在负极板与正极板之间。
作为这样的锂离子二次电池，具有使隔板的一部分的通气性不同的二次电池(例如参见专利文献1)。该隔板具有被夹设在正极复合材料层与负极复合材料层之间的第1隔板部、以及被夹设在未设有正极复合材料层的部位的正极基材与负极复合材料层之间的第2隔板部。第2隔板部被构成得比第1隔板部的通气性小。这样的锂离子二次电池中，由于第2隔板部的通气性小，因此能够抑制铝离子的通过，进而能够抑制构成正极基材的铝在负极复合材料层中的堆积。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-21394号公报
发明内容
发明所要解决的课题
另外，在上述这样的锂离子二次电池中，由于夹设在正极复合材料层与负极复合材料层之间的第1隔板部的通气性大，因此非水电解液的补液量增多。由此，在正极复合材料层中的与宽度方向的端部相对应的位置发生锂离子的集中移动，并且构成正极复合材料层的金属可能会溶出。由此，在正极复合材料层中的与宽度方向的端部对置的位置，容易发生负极复合材料层中的金属的析出。这成为例如锂离子二次电池的输入输出特性劣化的原因。另外，例如通过将输入时的电流控制得较小，也能够抑制负极复合材料层中的金属的析出，但这种情况下，输入特性也受到了抑制。
本公开的目的在于提供能够提高输入输出特性的锂离子二次电池。
用于解决课题的手段
本公开的一个方面的锂离子二次电池具备：负极板，其具有负极基材以及设置在上述负极基材的表面的负极复合材料层；正极板，其具有正极基材以及设置在上述正极基材的表面的正极复合材料层；设置在上述负极板与上述正极板之间的隔板；以及非水电解液，上述负极基材具有负极连接部，该负极连接部比上述负极复合材料层向第1宽度方向突出，与负极外部端子电连接；上述正极基材具有正极连接部，该正极连接部比上述正极复合材料层向作为上述第1宽度方向的相反方向的第2宽度方向突出，与正极外部端子电连接，该锂离子二次电池中，上述隔板按照与上述正极复合材料层中的上述第2宽度方向的端部对置的部位的透气度大于与上述正极复合材料层中的上述第1宽度方向的端部对置的部位的透气度的方式构成。
上述锂离子二次电池中，上述隔板可以按照越朝向上述第2宽度方向透气度越增大的方式构成。
上述锂离子二次电池中，关于上述隔板的透气度，上述第2宽度方向的端部相对于上述第1宽度方向的端部可以为105％以上。
发明的效果
根据本公开的锂离子二次电池，能够提高输入输出特性。
附图说明
图1是一个实施方式中的锂离子二次电池的立体图。
图2是示出一个实施方式中的电极体的构成的示意性部分展开图。
图3是示出一个实施方式中的电极体的构成的示意性局部截面图。
具体实施方式
[本实施方式的说明]
以下使用图1至图3对锂离子二次电池10的一个实施方式进行说明。
<锂离子二次电池10的整体构成>
如图1所示，锂离子二次电池10以单元电池的形式构成。锂离子二次电池10具备电池壳11、以及盖体12。电池壳11在上侧具备未图示的开口部。盖体12将开口部密封。电池壳11由铝合金等金属构成。盖体12具备用于电力的充放电的负极外部端子13和正极外部端子14。
锂离子二次电池10具备电极体15、负极集电体16、以及正极集电体17。电极体15收纳在电池壳11的内部。负极集电体16将电极体15的负极与负极外部端子13连接。正极集电体17将电极体15的正极与正极外部端子14连接。
锂离子二次电池10具备非水电解液18。非水电解液18被注入到电池壳11内。锂离子二次电池10中，通过将盖体12安装于电池壳11而构成密闭的电槽。这样，电池壳11收纳电极体15和非水电解液18。
<电极体15>
如图2所示，电极体15具备负极板20、正极板30、以及隔板40。将电极体15的长边的方向称为“长度方向Z”。将电极体15的厚度的方向称为“厚度方向D”。将与电极体15的长度方向Z和厚度方向D交叉的方向称为“宽度方向W”。将宽度方向W中的一个方向称为“第1宽度方向W1”，将宽度方向W中的另一方向称为“第2宽度方向W2”。即，第2宽度方向W2是第1宽度方向W1的相反方向。
电极体15如下构成：负极板20、正极板30、以及隔板40进行层积，将负极板20、正极板30、以及隔板40的层积体沿长度方向Z以卷绕轴为中心进行卷绕，由此构成电极体15。卷绕轴沿着宽度方向W延伸。隔板40被设置在负极板20与正极板30之间。详细地说，电极体15中，隔板40、负极板20、隔板40、正极板30依序层积。
电极体15的宽度方向W是与卷绕前的状态的带状的负极板20、正极板30、隔板40的宽度方向一致的方向。电极体15沿厚度方向D呈扁平形状。另外，电极体15中，通过对层积体进行卷绕而构成隔板40、负极板20、隔板40、正极板30沿厚度方向D依序反复层积而成的状态。
<负极板20>
负极板20作为锂离子二次电池10的负极发挥功能。
如图2和图3所示，负极板20具有负极基材21、以及设置在负极基材21的表面的负极复合材料层22。负极基材21为负极的电极基材。负极复合材料层22为负极的电极复合材料层，被设置在负极基材21的两面。
负极基材21具有负极连接部23。负极连接部23是在负极基材21的两面未设置负极复合材料层22的区域。负极连接部23被设置在电极体15的第1宽度方向W1上的端部。换言之，负极连接部23比负极复合材料层22向第1宽度方向W1突出。另外，负极连接部23比正极板30和隔板40向第1宽度方向W1突出。负极连接部23与负极集电体16连接，由此与负极外部端子13电连接。
本实施方式中，负极基材21由Cu箔构成。负极基材21构成作为负极复合材料层22的骨料的基础。负极基材21具有从负极复合材料层汇集电力的集电部件的功能。
负极复合材料层22具有负极活性物质、以及负极添加物。负极板20例如可如下制作：将负极活性物质与负极添加物进行混炼，将混炼后的负极复合材料糊剂涂布至负极基材21，以该状态进行干燥，由此制作该负极板。
负极活性物质是负极的活性物质，是能够吸藏·放出锂离子的材料。作为负极活性物质，例如可使用由石墨(黑铅)等构成的粉末状的碳材料。
负极添加物为负极的添加物，包含负极溶剂、负极粘结材料(粘合剂)和负极增粘材料。作为负极溶剂，例如可使用水等。作为负极粘结材料，例如可以使用苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)等。作为负极增粘材料，例如可使用羧甲基纤维素(CMC)等。负极添加物例如可以进一步包含负极导电材料等。
<正极板30>
正极板30作为锂离子二次电池10的正极发挥功能。
如图2和图3所示，正极板30具有正极基材31、以及设置在正极基材31的表面的正极复合材料层32。正极基材31为正极的电极基材。正极复合材料层32为正极的电极复合材料层，被设置在正极基材31的两面。
正极基材31具有正极连接部33。正极连接部33是在正极基材31的两面未设置正极复合材料层32的区域。正极连接部33被设置在电极体15的第2宽度方向W2上的端部。换言之，正极连接部33比正极复合材料层32向第2宽度方向W2突出。另外，正极连接部33比负极板20和隔板40向第2宽度方向W2突出。正极连接部33与正极集电体17连接，由此与正极外部端子14电连接。如图2所示，负极基材21具有在电极体的卷绕轴的第1方向(相当于第1宽度方向W1)上比负极复合材料层22突出的负极连接部23，正极基材31具有在电极体的卷绕轴的与第1方向相反侧的第2方向(相当于第2宽度方向W2)上比正极复合材料层32突出的正极连接部33。另外，正极复合材料层32的宽度方向W的大小形成得比负极复合材料层22小。换言之，负极复合材料层22的宽度方向W的大小形成得比正极复合材料层32大，以使其比正极复合材料层32向第1宽度方向W1和第2宽度方向W2突出。
本实施方式中，正极基材31由Al箔、Al合金箔构成。正极基材31构成作为正极复合材料层32的骨料的基础。正极基材31具有从正极复合材料层32汇集电力的集电部件的功能。
正极复合材料层32具有正极活性物质、以及正极添加物。正极板30例如可如下制作：将正极活性物质与正极添加物进行混炼，将混炼后的正极复合材料糊剂涂布至正极基材31，以该状态进行干燥，由此制作该正极板。
正极活性物质是正极的活性物质，是能够吸藏·放出锂的材料。作为正极活性物质，例如为含有镍、锰和钴的三元系(NMC)含锂复合氧化物，可使用镍钴锰酸锂(LiNiCoMnO2)。作为正极活性物质，例如可使用钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)中的任意一者。作为正极活性物质，例如可使用含有镍、钴和铝(NCA)的含锂复合氧化物。
正极添加物为正极的添加物，包含正极溶剂、正极导电材料和正极粘结材料(粘合剂)。作为正极溶剂，例如可使用NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)溶液等非水溶剂。作为正极导电材料，例如可使用碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)等碳纤维等，可以使用石墨(黑铅)、乙炔黑(AB)、科琴黑等炭黑等。作为正极粘结材料，例如可使用与负极粘结材料同样的材料。正极添加物例如可进一步包含正极增粘材料等。
<隔板40>
隔板40被设置在负极板20与正极板30之间。隔板40的宽度方向W的大小被形成得比负极复合材料层22和正极复合材料层32大，以使其比负极复合材料层22和正极复合材料层32向第1宽度方向W1和第2宽度方向W2突出。隔板40保持非水电解液18。隔板40是作为多孔性树脂的聚丙烯制造等的无纺布。作为隔板40，也可以将多孔性聚乙烯膜、多孔性聚烯烃膜和多孔性聚氯乙烯膜等多孔性聚合物膜、或者锂离子或离子导电性聚合物电解质膜单独或者组合使用。将电极体15浸渍在非水电解液18中时，非水电解液18从隔板40的端部朝向中央部渗透。
<非水电解液18>
非水电解液18是在非水溶剂中含有支持盐的组合物。本实施方式中，作为非水溶剂，可以使用碳酸亚乙酯(EC)。作为非水溶剂，可以为选自亿欧碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等组成的组中的一种或两种以上的材料。
另外，作为支持盐，可以使用LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiI等。另外，作为支持盐，可以使用从它们中选择的一种或两种以上的锂化合物(锂盐)。这样，非水电解液18包含锂化合物。
<本实施方式的详细构成>
如图3所示，隔板40按照与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a对置的部位的透气度大于与正极复合材料层32中的第1宽度方向W1的端部32b对置的部位的透气度的方式构成。另外，透气度是表示直至通过一定量的流体为止需要多少时间的程度，意味着值越大则流体越难以通过。另外，例如通过降低隔板40的空孔率，能够增大透气度。
本实施方式的隔板40按照越朝向第2宽度方向W2，透气度越增大的方式构成。在一例中，越靠近隔板40的第2宽度方向W2(卷绕轴的第2方向)的端部，隔板40的透气度越增大。反之，越靠近隔板40的第1宽度方向W1(卷绕轴的第2方向)的端部，隔板40的透气度越减小。关于隔板40的透气度，第2宽度方向W2的端部相对于第1宽度方向W1的端部优选为105％以上。关于本实施方式的隔板40的透气度，使第2宽度方向W2的端部相对于第1宽度方向W1的端部为108％以上。另外，图3中，示意性地使用浓淡度图示出了透气度的变化。
对于隔板40，例如通过在制造时使施加至隔板40的张力具有差异，能够使透气度沿宽度方向W变化。另外，对于隔板40，例如通过在制造时使对隔板40进行加热的温度、时间等具有差异，能够使透气度沿宽度方向W变化。
接着，以下对上述实施方式的作用和效果进行说明。
(1)隔板40中，由于与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a对置的部位的透气度大，因此该部位的非水电解液18的补液量减少，并且可抑制锂离子的移动。由此，从正极复合材料层32朝向负极复合材料层22的锂离子的移动不会集中在与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a相对应的位置，而能够扩散至温度高、输入特性优越的靠近宽度方向W的中央的位置。由此，锂离子二次电池10的输入特性良好。另外，在正极复合材料层32的第2宽度方向W2的端部32a，能够抑制构成正极复合材料层32的金属的溶出。由此，在与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a对置的位置，能够抑制负极复合材料层22中的金属的析出。由此，例如能够良好地维持锂离子二次电池10的输入输出特性。
(2)隔板40中，越朝向第2宽度方向W2，透气度越增大，因此越朝向与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a对置的部位，非水电解液18的补液量越减少，并且可抑制锂离子的移动。由此，从正极复合材料层32朝向负极复合材料层22的锂离子的移动不会集中在与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a相对应的位置，而能够缓慢地扩散至温度高、输入特性优越的靠近宽度方向W的中央的位置。由此，锂离子二次电池10的输入特性更为良好。另外，越朝向正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a，抑制构成正极复合材料层32的金属的溶出的效果越增大。由此，在与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a对置的位置，能够抑制负极复合材料层22中的金属的析出。由此，例如能够更良好地维持锂离子二次电池10的输入输出特性。
(3)关于隔板40的透气度，由于第2宽度方向W2的端部相对于第1宽度方向W1的端部为105％以上，因此例如可良好地维持锂离子二次电池10的输入输出特性。
本实施方式可以如下变更来实施。本实施方式以及下述变更例可以在技术上不矛盾的范围内相互组合来实施。
·上述实施方式中，隔板40按照越朝向第2宽度方向W2则透气度越增大的方式构成，但并不限定于此。即，隔板40中，只要与正极复合材料层32中的第2宽度方向W2的端部32a对置的部位的透气度大于与正极复合材料层32中的第1宽度方向W1的端部32b对置的部位的透气度，也可以使透气度不连续地变化。例如，隔板40可以按照透气度朝向第2宽度方向W2以多个阶段进行增大的方式构成。在一例中，隔板40可以按照透气度在隔板40整体朝向第2宽度方向W2阶段性地增大的方式构成。在其他示例中，隔板40可以按照透气度朝向第2宽度方向W2以至少3级以上阶段性地增大的方式构成。
·上述实施方式中，关于隔板40的透气度，第2宽度方向W2的端部相对于第1宽度方向W1的端部为105％以上，但并不限定于此，第2宽度方向W2的端部相对于第1宽度方向W1的端部也可以小于105％。
Claims (3)
1.一种锂离子二次电池，其具备：
负极板，其具有负极基材以及设置在所述负极基材的表面的负极复合材料层；
正极板，其具有正极基材以及设置在所述正极基材的表面的正极复合材料层；
设置在所述负极板与所述正极板之间的隔板；以及
非水电解液，
所述负极基材具有负极连接部，该负极连接部比所述负极复合材料层向第1宽度方向突出，与负极外部端子电连接；
所述正极基材具有正极连接部，该正极连接部比所述正极复合材料层向作为所述第1宽度方向的相反方向的第2宽度方向突出，与正极外部端子电连接，
该锂离子二次电池中，
所述隔板按照与所述正极复合材料层中的所述第2宽度方向的端部对置的部位的透气度大于与所述正极复合材料层中的所述第1宽度方向的端部对置的部位的透气度的方式构成。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述隔板按照越朝向所述第2宽度方向透气度越增大的方式构成。
3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其中，关于所述隔板的透气度，所述第2宽度方向的端部相对于所述第1宽度方向的端部为105％以上。
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