JP2015002065A5

JP2015002065A5 -

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Publication number: JP2015002065A5
Application number: JP2013125643A
Authority: JP
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2016-04-14
Anticipated expiration: 2033-06-14

Description

本技術の二次電池用電極は、集電体と、その集電体に設けられた活物質層とを含むものである。活物質層は、単層であると共に、複数の活物質粒子を含む。活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、その２層以上に分割された活物質層のうちの最上層における活物質粒子の平均粒径は、最下層における活物質粒子の平均粒径よりも小さい。

ここで、上記した用語の意義は、以下の通りである。「平均粒径」とは、いわゆるメジアン径（Ｄ５０：μｍ）である。「単層である」とは、活物質層が１回の成膜工程によりも形成されているため、その活物質層中に界面が存在していないことを意味している。「分割した」とは、上記したように活物質層が単層であることに伴い、あくまで概念上において活物質層を分割したことを意味している。このため、最上層および最下層とは、物理的に分離された２つの層（界面を生じさせる現実の層）でなく、単一の層が概念的に区分けされた２つの層（界面を生じさせない仮定の層）である。ただし、当然ながら、最上層および最下層のそれぞれにおける活物質粒子の平均粒径を調べる場合には、単層の活物質層を２層以上に分離する必要がある。この場合には、物理的に分離された２層以上の層について、活物質粒子の平均粒径を調べることになる。

本技術の二次電池用電極または二次電池によれば、複数の活物質粒子を含む単層の活物質層において、その活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、その２層以上に分割された活物質層のうちの最上層における活物質粒子の平均粒径が最下層における活物質粒子の平均粒径よりも小さいので、優れた電池特性を得ることができる。また、本技術の電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器においても、同様の効果を得ることができる。

具体的には、例えば、厚さ方向において活物質層２を二分割する場合には、最初に、カプトンテープなどを用いて活物質層２の一部（上層）を剥離させたのち、その上層に含まれている複数の活物質粒子を取り出して平均粒径を測定する。続いて、活物質層２の残り（下層）を集電体１から剥離させたのち、その下層に含まれている複数の活物質粒子を取り出して平均粒径を測定する。最後に、上層の平均粒径と下層の平均粒径とを比較する。上層の平均粒径が下層の平均粒径よりも小さくなっていれば、活物質粒子の平均粒径の分布が勾配を有していることになる。

第２手順では、正極３３に正極リード３１を取り付けると共に、負極３４に負極リード３２を取り付ける。続いて、セパレータ３５を介して正極３３と負極３４とを積層してから巻回させて、巻回電極体３０の前駆体である巻回体を作製したのち、その最外周部に保護テープ３７を貼り付ける。続いて、２枚のフィルム状の外装部材４０の間に巻回体を配置したのち、熱融着法などを用いて一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着させて、袋状の外装部材４０の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、さらに重合禁止剤などの他の材料とを混合して、電解質用組成物を調製する。続いて、袋状の外装部材４０の内部に電解質用組成物を注入したのち、熱融着法などを用いて外装部材４０を密封する。続いて、モノマーを熱重合させて、高分子化合物を形成する。これにより、高分子化合物に電解液が含浸され、その高分子化合物がゲル化するため、電解質層３６が形成される。

この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統９７からスマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積されると共に、独立電源である自家発電機９５からパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積される。この電源９１に蓄積された電力は、制御部９０の指示に応じて電気機器９４および電動車両９６に供給されるため、その電気機器９４が稼働可能になると共に、電動車両９６が充電可能になる。すなわち、電力貯蔵システムは、電源９１を用いて、家屋８９内における電力の蓄積および供給を可能にするシステムである。

Claims

正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記正極は、正極集電体と、その正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、単層であると共に、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、
その２層以上に分割された正極活物質層のうちの最上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、最下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
二次電池。
前記正極活物質層を前記正極集電体に近い側から順に任意の位置において下層および上層に二分割したとき、
前記上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、前記下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
請求項１記載の二次電池。
前記下層を厚さ方向において３０ＭＰａの圧力で一軸プレスしたとき、その下層の粒度分布（体積分布）測定により検出される最小ピークの頻度（％）のプレス前後における変化は、１．１％以上１５．８％以下である、
請求項２記載の二次電池。
（Ａ）前記正極活物質層の厚さは、８０μｍ以上１８０μｍ以下であり、
（Ｂ）前記正極活物質層の体積密度は、２．７ｇ／ｃｍ³以上３．６ｇ／ｃｍ³以下であり、
（Ｃ）前記正極活物質層における前記正極活物質粒子の粒度分布（体積分布）測定により、相対的に頻度（％）が大きい第１ピークと、相対的に頻度（％）が小さい第２ピークとが検出され、
前記第１ピークの頻度Ｆ１と前記第２ピークの頻度Ｆ２との比Ｆ１／Ｆ２は、０．２以上７以下であり、
（Ｄ）前記下層における前記正極活物質粒子の粒度分布（体積分布）測定により、相対的に頻度（％）が大きい第３ピークと、相対的に頻度（％）が小さい第４ピークとが検出され、
前記第３ピークの頻度Ｆ３と前記第４ピークの頻度Ｆ４との比Ｆ３／Ｆ４は、０．３５以上９以下であり、
（Ｅ）前記比Ｆ１／Ｆ２と前記比Ｆ３／Ｆ４との比（Ｆ１／Ｆ２）／（Ｆ３／Ｆ４）は、０．５７以上０．７９以下である、
請求項２または請求項３に記載の二次電池。
前記正極活物質層を前記正極集電体に近い側から順に任意の位置において下層、中間層および上層に三分割したとき、
前記上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、前記下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記中間層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、前記下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さいと共に、
前記上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、前記中間層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
請求項５記載の二次電池。
前記下層を厚さ方向において３０ＭＰａの圧力で一軸プレスしたとき、その下層の粒度分布（体積分布）測定により検出される最小ピークの頻度（％）のプレス前後における変化は、１．１％以上１５．８％以下である、
請求項５または請求項６に記載の二次電池。
（Ｆ）前記正極活物質層の厚さは、８０μｍ以上１８０μｍ以下であり、
（Ｇ）前記正極活物質層の体積密度は、２．７ｇ／ｃｍ³以上３．６ｇ／ｃｍ³以下であり、
（Ｈ）前記正極活物質層における前記正極活物質粒子の粒度分布（体積分布）測定により、相対的に頻度（％）が大きい第１ピークと、相対的に頻度（％）が小さい第２ピークとが検出され、
前記第１ピークの頻度Ｆ１と前記第２ピークの頻度Ｆ２との比Ｆ１／Ｆ２は、０．２以上７以下であり、
（Ｉ）前記下層および前記中間層における前記正極活物質粒子の粒度分布（体積分布）測定により、相対的に頻度（％）が大きい第５ピークと、相対的に頻度（％）が小さい第６ピークとが検出され、
前記第５ピークの頻度Ｆ５と前記第６ピークの頻度Ｆ６との比Ｆ５／Ｆ６は、０．２７以上７．６５以下であり、
（Ｊ）前記下層における前記正極活物質粒子の粒度分布（体積分布）測定により、相対的に頻度（％）が大きい第７ピークと、相対的に頻度（％）が小さい第８ピークとが検出され、
前記第７ピークの頻度Ｆ７と前記第８ピークの頻度Ｆ８との比Ｆ７／Ｆ８は、０．４７以上１１．９７以下である、
請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の二次電池。
前記正極活物質層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、前記正極集電体から離れるにしたがって次第に小さくなる、
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の二次電池。
前記正極活物質粒子は、下記の式（１）で表される化合物のうちの少なくとも１種を含む、
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の二次電池。
Ｌｉ_aＮｉ_bＭ_cＯ_d ・・・（１）
（Ｍは、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびジルコニウム（Ｚｒ）のうちの少なくとも１種である。ａ〜ｄは、０．８＜ａ＜１．２、０．４５≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ｂ＋ｃ≦１および０＜ｄ＜３を満たす。）
前記正極活物質層は、正極結着剤を含む、
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の二次電池。
リチウム二次電池である、
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の二次電池。
正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記正極は、正極集電体と、その正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、単層であると共に、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質層の厚さ方向における前記正極活物質粒子の平均粒径の分布は、前記正極集電体から離れるにしたがって前記正極活物質粒子の平均粒径が次第に小さくなるような勾配を有する、
二次電池。
集電体と、その集電体に設けられた活物質層とを含み、
前記活物質層は、単層であると共に、複数の活物質粒子を含み、
前記活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、
その２層以上に分割された活物質層のうちの最上層における前記活物質粒子の平均粒径は、最下層における前記活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
二次電池用電極。
二次電池と、
その二次電池の使用状態を制御する制御部と、
その制御部の指示に応じて前記二次電池の使用状態を切り換えるスイッチ部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記正極は、正極集電体と、その正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、単層であると共に、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、
その２層以上に分割された正極活物質層のうちの最上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、最下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
電池パック。
二次電池と、
その二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部と、
その駆動力に応じて駆動する駆動部と、
前記二次電池の使用状態を制御する制御部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記正極は、正極集電体と、その正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、単層であると共に、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、
その２層以上に分割された正極活物質層のうちの最上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、最下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
電動車両。
二次電池と、
その二次電池から電力を供給される１または２以上の電気機器と、
前記二次電池からの前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記正極は、正極集電体と、その正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、単層であると共に、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、
その２層以上に分割された正極活物質層のうちの最上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、最下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
電力貯蔵システム。
二次電池と、
その二次電池から電力を供給される可動部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記正極は、正極集電体と、その正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、単層であると共に、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、
その２層以上に分割された正極活物質層のうちの最上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、最下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
電動工具。
二次電池を電力供給源として備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記正極は、正極集電体と、その正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、単層であると共に、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質層を任意の位置において２層以上に分割したとき、
その２層以上に分割された正極活物質層のうちの最上層における前記正極活物質粒子の平均粒径は、最下層における前記正極活物質粒子の平均粒径よりも小さい、
電子機器。