JP2009081048A - 二次電池、電池パック及び車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極3と、リチウムイオン吸蔵電位が0.2V(vs.Li/Li+)以上の金属化合物を含む負極4と、前記正極3及び前記負極4の間に配置され、セルロース繊維を含み、気孔率が55%以上、80%以下で、細孔比表面積が5m2/g以上、15m2/g以下で、細孔直径が0.2μm以上、2μm未満の範囲に第1のピークと細孔直径が2μm以上、30μm以下の範囲に第2のピークとを備えた細孔直径分布を有するセパレータ5と、非水電解質とを具備することを特徴する二次電池。
【選択図】 図1
Description
リチウムイオン吸蔵電位が0.2V(vs.Li/Li+)以上の金属化合物を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、セルロース繊維を含み、気孔率が55%以上、80%以下で、細孔比表面積が5m2/g以上、15m2/g以下で、細孔直径が0.2μm以上、2μm未満の範囲に第1のピークと細孔直径が2μm以上、30μm以下の範囲に第2のピークとを備えた細孔直径分布を有するセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴する。
正極と、
リチウムイオン吸蔵電位が0.2V(vs.Li/Li+)以上の金属化合物を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、セルロース繊維を含み、気孔率が55%以上、80%以下で、細孔比表面積が5m2/g以上、15m2/g以下で、細孔直径が0.2μm以上、2μm未満の範囲に第1のピークと細孔直径が2μm以上、30μm以下の範囲に第2のピークとを備えた細孔直径分布を有するセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴する。
本発明者らは、セルロース繊維を含むセパレータが以下の(A)〜(C)の条件を満足した際に、二次電池及びこの二次電池を具備した電池パックを車に搭載できるほどの高温耐久性を有し、同時に、出力性能及び低温出力性能にも優れることを見出したのである。
セパレータは、セルロース繊維を含む多孔質体である。多孔質体としては、例えば、不織布、フィルム、紙等を挙げることができる。また、多孔質体は、実質的にセルロース繊維からなることが望ましい。具体的には、多孔質体中のセルロース繊維の割合が10重量%以上、100重量%以下であることが望ましい。これにより、セパレータの耐熱性を高くすることができる。また、多孔質体には、ポリオレフィン繊維のような他の種類の繊維を含有させることができるが、耐熱性を損なわないために、他の種類の繊維の割合は90重量%以下(0重量%を含む)にすることが望ましい。
この正極は、正極集電体と、前記集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを有する。
この負極は、負極集電体と、前記集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質、導電剤および結着剤を含む負極層とを有する。
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状の有機電解質、液状の有機溶媒と高分子材料を複合化したゲル状の有機電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。また、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)を非水電解質として使用してもよい。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。
正極、負極及び非水電解質が収容される容器には、金属製容器や、ラミネートフィルム製容器を使用することができる。
第2の実施形態に係る電池パックは、第1の実施形態に係る二次電池から構成された組電池を備える。二次電池間の接続は、直列でも並列でも良いが、特に、直列接続とし、6直列のn倍数(nは1以上)接続することが好ましい。正極活物質としてオリビン構造を有するリチウム金属リン酸化物(例えば、LiaFePO4(0≦a≦1.1)で表されるリチウムリン酸鉄)を用いると共に、負極活物質としてLixTiO2(xは0≦x)で表されるリチウムチタン酸化物またはラムスデライト構造を有するリチウムチタン酸化物を用いることにより、電池の平均電圧が2Vとなる。この場合の直列数を6直列のn倍数(nは1以上)にすると、6直列で12Vとなり、鉛蓄電池パックと互換性が非常に良くなる。また、負極活物質にLixTiO2(xは0≦x)で表されるリチウムチタン酸化物またはラムスデライト構造を有するリチウムチタン酸化物を用いることにより、電池の電圧曲線に適度に傾きを持たせることができるため、鉛蓄電池と同様に電圧監視のみで容易に電池充電状態を見ることができる。その結果、直列接続数が6直列のn倍数の電池パックにおいても、電池間のバラツキによる影響が小さくなり、電圧監視のみで制御することが可能となる。
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、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。
正極活物質に、炭素微粒子(平均粒子径0.005μm)が表面に0.1重量%付着し、オリビン構造を有するLiFePO4粒子を用いた。LiFePO4の一次粒子の平均粒子径は0.1μmであった。これに、導電剤として繊維径0.1μmの気相成長の炭素繊維を正極全体に対して3重量%、黒鉛粉末を正極全体に対して5重量%、結着剤としてPVdFを正極全体に対して5重量%それぞれを配合した。これらをn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散させてスラリーを調製した後、得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム合金箔(純度99%)の両面に塗布し、乾燥し、プレス工程を経て正極を作製した。得られた正極において、電極密度が2.2g/cm3、集電体片面当たりの正極層の厚さは43μm、正極層の比表面積は5m2/gであった。
下記表1示すセパレータ、正極活物質、負極活物質、有機溶媒もしくは有機電解質、プレス温度、プレス圧を用いる以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして薄型の二次電池を作製した。
Claims (18)
- 正極と、
リチウムイオン吸蔵電位が0.2V(vs.Li/Li+)以上の金属化合物を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、セルロース繊維を含み、気孔率が55%以上、80%以下で、細孔比表面積が5m2/g以上、15m2/g以下で、細孔直径が0.2μm以上、2μm未満の範囲に第1のピークと細孔直径が2μm以上、30μm以下の範囲に第2のピークとを備えた細孔直径分布を有するセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴する二次電池。 - 前記正極は、スピネル型のリチウムマンガン複合酸化物及びオリビン構造を有するリチウム金属リン酸化物のうちの少なくとも一種類を含むことを特徴する請求項1記載の二次電池。
- 前記リチウム金属リン酸化物は、LiaFePO4(0≦a≦1.1)で表されることを特徴する請求項2記載の二次電池。
- 前記金属化合物は、LizTiO2(0≦z)で表されるリチウムチタン酸化物か、スピネル構造またはラムスデライト構造を有するリチウムチタン酸化物であることを特徴する請求項1〜3記載の二次電池。
- 前記細孔比表面積は、10m2/g以上、14m2/g以下であることを特徴する請求項1〜4記載の二次電池。
- 前記第1のピークは、細孔直径が0.3μm以上、2μm以下の範囲に存在すると共に、前記第2のピークは、細孔直径が3μm以上、20μm以下の範囲に存在することを特徴する請求項1〜5記載の二次電池。
- 前記気孔率は62%以上、80%以下であることを特徴する請求項1〜6記載の二次電池。
- 前記セパレータ中の前記セルロース繊維の割合が10重量%以上、100重量%以下であることを特徴する請求項1〜7記載の二次電池。
- 二次電池を具備する電池パックであって、前記二次電池は、
正極と、
リチウムイオン吸蔵電位が0.2V(vs.Li/Li+)以上の金属化合物を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、セルロース繊維を含み、気孔率が55%以上、80%以下で、細孔比表面積が5m2/g以上、15m2/g以下で、細孔直径が0.2μm以上、2μm未満の範囲に第1のピークと細孔直径が2μm以上、30μm以下の範囲に第2のピークとを備えた細孔直径分布を有するセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴する電池パック。 - 前記正極は、スピネル型のリチウムマンガン複合酸化物及びオリビン構造を有するリチウム金属リン酸化物のうちの少なくとも一種類を含むことを特徴する請求項9記載の電池パック。
- 前記リチウム金属リン酸化物は、LiaFePO4(0≦a≦1.1)で表されることを特徴する請求項10記載の電池パック。
- 前記金属化合物は、LizTiO2(0≦z)で表されるリチウムチタン酸化物か、スピネル構造またはラムスデライト構造を有するリチウムチタン酸化物であることを特徴する請求項9〜11記載の電池パック。
- 前記細孔比表面積は、10m2/g以上、14m2/g以下であることを特徴する請求項9〜12記載の電池パック。
- 前記第1のピークは、細孔直径が0.3μm以上、2μm以下の範囲に存在すると共に、前記第2のピークは、細孔直径が3μm以上、20μm以下の範囲に存在することを特徴する請求項9〜13記載の電池パック。
- 前記気孔率は62%以上、80%以下であることを特徴する請求項9〜14記載の電池パック。
- 前記セパレータ中の前記セルロース繊維の割合が10重量%以上、100重量%以下であることを特徴する請求項9〜15記載の電池パック。
- 前記二次電池が複数存在し、これらが直列接続された組電池を具備することを特徴する請求項9〜16記載の電池パック。
- 請求項1記載の二次電池または請求項9記載の電池パックを具備した車。
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