JP2007087909A - 電池パック及び自動車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外装材と、前記外装材内に収納され、層状結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物を含む正極と、前記外装材内に収納され、スピネル型リチウムチタン複合酸化物を含む負極と、前記外装材内に充填された非水電解質とを具備する非水電解質電池11を複数備えた組電池20を具備し、前記正極の25℃環境下での実電気容量に対する前記負極の25℃環境下での実電気容量の比Xは1.02≦X≦2を満たすことを特徴とする電池パック。
【選択図】 図2
Description
前記正極の25℃環境下での実電気容量に対する前記負極の25℃環境下での実電気容量の比Xは1.02≦X≦2を満たすことを特徴とする。
25℃環境下において、負極の実電気容量は正極に比して大きい。正極の25℃環境下での実電気容量に対する負極の25℃環境下での実電気容量の比Xは1.02≦X≦2を満たす。
前記平均結晶粒子径の範囲が50μm以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、前記結晶粒子径(直径)は、製造工程の中で、前記諸因子を組み合わせて調整される。
正極は、温度上昇に伴う実電気容量の増加幅が、負極に比して小さいことが望ましい。上述したように、高温環境下におけるサイクル特性の劣化は、負極が正極に比して、温度上昇に伴う実電気容量の増加幅が大きいことに起因しているためである。なお、この温度上昇における温度環境は室温〜高温を想定としている。
非水電解質は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調整される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質等が挙げられる。
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であり、安全性向上の観点から好ましい。
外装材としては、例えば、肉厚0.2mm以下のラミネートフィルム製容器や、肉厚0.5mm以下の金属製容器が挙げられる。金属製容器の肉厚は、0.2mm以下であるとより好ましい。
正極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が3.0V以上4.25V以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料を用いる。具体的には、アルミニウム若しくはMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、Si等の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料が好ましい。
負極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が1.0V以上3.0V以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料を用いる。具体的には、アルミニウム若しくはMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、Si等の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料が好ましい。
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
(実施例1)
<正極の作製>
まず、正極活物質としてLiCoO2で表され、層状岩塩型結晶構造を有するリチウムコバルト複合酸化物粉末90重量%、導電剤として、アセチレンブラック5重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が3.3g/cm3の正極を作製した。
負極活物質としてLi4Ti5O12で表されるスピネル型リチウムチタン複合酸化物粉末90重量%、導電材として、1200℃で焼成したコークス(d002が0.3465nm、平均粒径3μm)5重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が2.0g/cm3の負極を作製した。
正極、厚さ25μmのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、負極、前記セパレータの順番に積層した後、渦巻き状に捲回した。これを90℃で加熱プレスすることにより、幅が30mmで、厚さが3.0mmの偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが40μmのアルミニウム箔と前記アルミニウム箔の両面に形成されたポリプロピレン層とから構成された厚さが0.1mmのラミネートフィルムからなるパックに収納し、80℃で24時間真空乾燥を施した。
エチレンカーボネート(EC)とγ−ブチロラクトン(GBL)の混合溶媒(体積比率1:2)に電解質としてのLiBF4を1.5mol/L溶解することにより液状非水電解質(非水電解液)を調製した。
負極の実電気容量を、表1に示す値となるように電極塗布量(スラリー塗布量)を調整する以外は、実施例1と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
負極の実電気容量を、表1に示す値となるように電極塗布量を調整する以外は、実施例1と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
負極活物質としてLi2Ti3O7で表されるラムステライド型リチウムチタン複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
正極活物質として、組成式がLiMn2O4で表され、スピネル型結晶構造を有するリチウムマンガン酸化物粉末を用いた他は、実施例1と同様にして電池パックを作製した。
正極活物質として、組成式がLiFePO4で表されるオリビン型結晶構造を有する酸化物粉末を用いた他は、実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(実施例7)
正極活物質としてLiNi0.75Co0.19Al0.05O2で表され、層状岩塩型結晶構造を有するリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物粉末を用いた他は、実施例1と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
負極の実電気容量を、表2に示す値となるように電極塗布量を調整する以外は、実施例7と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
負極の実電気容量を、表2に示す値となるように電極塗布量を調整する以外は、実施例7と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(実施例13〜21)
正極活物質として、組成式LiNiaCo(1-a)O2で表され、モル比aがそれぞれ表3で示す値であり、層状岩塩型結晶構造を有するリチウムニッケルコバルト複合酸化物粉末を用いた他は、実施例2と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
実施例13〜20について、後述する条件を用いて、25℃環境下の実電気容量を測定した。その後、25℃環境下に代えて、45℃環境下および60℃環境下においても、実電気容量を測定した。これらの結果から、正極の25℃での実電気容量に対する45℃での実電気容量比(以下、45℃/25℃電気容量比と称す)、および正極の25℃での実電気容量に対する60℃での実電気容量比(以下、60℃/25℃電気容量比と称す)を算出した。
(実施例22〜25)
正極活物質として、組成式LiNibCo0.25Mn(0.75-b)O2で表され、Niのモル比bがそれぞれ表4で示す値であり、層状岩塩型結晶構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粉末を用いた他は、実施例2と同様の非水電解質二次電池を作製した。得られた二次電池を用いること以外は前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
まず、正極について説明する。
リチウム遷移金属酸化物の組成は、一般的な組成分析手法として知られる誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES)等で定量化することができる。
結晶構造は、一般的なXRD解析によって同定することができる。公知の物質に対しては、XRD測定を実施した後、得られたパターンをJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードに照らし合わせることによって、結晶構造を同定することができる。また、未知の物質に対しては、例えば、「新版 カリティー(Cullity)X線回折要論」(松村源太郎 訳、アグネ承風社)の第10章の手法を用いることで結晶構造を同定することができる。
Claims (9)
- 外装材と、前記外装材内に収納され、層状結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物を含む正極と、前記外装材内に収納され、スピネル型リチウムチタン複合酸化物を含む負極と、前記外装材内に充填された非水電解質とを具備する非水電解質電池を複数備えた組電池を具備し、
前記正極の25℃環境下での実電気容量に対する前記負極の25℃環境下での実電気容量の比Xは1.02≦X≦2を満たすことを特徴とする電池パック。 - 前記正極は、温度上昇に伴う実電気容量の増加が、前記負極に比して小であることを特徴とする請求項1記載の電池パック。
- 前記実電気容量の比Xは1.03≦X≦1.44を満たすことを特徴とする請求項1または2記載の電池パック。
- 前記リチウム遷移金属酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物およびリチウムマンガン複合酸化物よりなる群から選択される少なくとも1種類を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の電池パック。
- 前記リチウム遷移金属酸化物は、組成式LiyM1z1M2z2O2(M1はCo、NiおよびMnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、M2はFe、Al、B、GaおよびNbよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、0<y≦1.2、0.98≦z1+z2≦1.2、0≦z2<0.2)で表され、
前記M1およびM2の総量に対する前記Niの量の比が0.0以上0.85以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の電池パック。 - 前記リチウム遷移金属酸化物は、組成式LiyM1z1M2z2O2(M1はCo、NiおよびMnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、M2はFe、Al、B、GaおよびNbよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、0<y≦1.2、0.98≦z1+z2≦1.2、0≦z2<0.2)で表され、
前記M1およびM2の総量に対する前記Niの量の比が0.3以上0.85以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の電池パック。 - 前記非水電解質は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートおよびγ-ブチロラクトンからなる群から選択される少なくとも2種の溶媒を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載電池パック。
- 前記複数の非水電解質電池それぞれの電圧を検知する保護回路を具備することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項記載電池パック。
- 請求項1〜8いずれか1項記載の電池パックを具備することを特徴とする自動車。
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