JP2015115292A - 電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池抵抗の変動が小さい電池を提供すること。【解決手段】本発明に係る電池は、セパレータとして、互いに特性が異なる第１セパレータと第２セパレータとを備えており、かつ、第１セパレータと第２セパレータとは、電極体の積層方向に相互に接していない状態で電極体内に配置されている。ここで第１セパレータおよび第２セパレータは、以下の特性：正極と第１セパレータと負極とが積層されてなる電極体を備えた電池を構築した場合に、該電極体の積層方向に加わる面圧の変化量ΔＰと、該面圧変化量ΔＰを加えたときの前記電池の抵抗増加量ΔＸとから求められる抵抗増加率Ｘ＝ΔＸ／ΔＰが、Ｘ＞０（正の値）であり、正極と第２セパレータと負極とが積層されてなる電極体を備えた電池を構築した場合に、該電極体の積層方向に加わる面圧の変化量ΔＰと、該面圧変化量ΔＰを加えたときの電池の抵抗増加量ΔＹとから求められる抵抗増加率Ｙ＝ΔＹ／ΔＰが、Ｙ＜０（負の値）である；を有する。【選択図】図１３

Description

本発明は、電池に関し、詳しくは正極と負極との間にセパレータが介在した電池に関する。
近年、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。この種のリチウムイオン二次電池の一つの典型的な構成では、リチウム遷移金属複合酸化物からなる正極と、炭素材料からなる負極と、正極と負極との間に配置されるセパレータとを備えている。この種のセパレータに関する従来技術としては特許文献１、２が挙げられる。特許文献１には、ガラス繊維製不織布内部およびその少なくとも一方の表面にポリオレフィン樹脂製の微多孔体を設けたセパレータが記載されている。また特許文献２には、ポリオレフィン系樹脂に絶縁性を有するガラス繊維もしくはアラミド繊維を分散させた微多孔性樹脂フィルムからなるセパレータが記載されている。
特開２０１３−０８９５６３号公報 特開２００８−２４３４８２号公報
ところで、自動車等の車両に搭載される組電池は、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから、多数の電池（単電池）を配列し且つ拘束した状態（即ち各電池を相互に固定した状態）の組電池が構築される。かかる拘束時には組電池を構成する個々の電池に相当な面圧（荷重）が加えられる。しかし、本発明者の知見によると、実使用中に電池の充電状態の変化や温度変化等に起因する極板の膨張・収縮が生じると、個々の電池に加わる面圧が大きく変動（例えば±０．５ＭＰａ程度）し、それに伴い、電池の抵抗が変化する場合があり得る。かかる電池抵抗の変動は、電池性能が低下する要因になり得る。例えば電池抵抗が増大すると回生電流が減少して燃費が悪化するおそれがあり、電池抵抗が低下すると充電電流が増大して過充電が発生する要因になり得る。したがって、電池抵抗の変動はなるべく小さい方が望ましい。
本発明者は、上記面圧変化に伴う電池抵抗の変動について、その要因がセパレータにあることを発見した。即ち、セパレータがポリオレフィン樹脂からなる多孔質シートの場合、セパレータに加わる面圧が増大すると、ポリオレフィン樹脂の空孔が閉塞するため、電池抵抗が増大傾向になることを発見した。また、セパレータが不織布の場合、上記面圧増加にともなう空孔の閉塞は起きにくいが、主に厚み変化の影響によって、電池抵抗が低下傾向になることを発見した。そして、このように電池抵抗の面圧依存性が正負逆の傾向を示す２種のセパレータを併用して、それぞれの特性を相互作用させることにより、従来に比して電池抵抗の変動が少ない電池を構築し得ることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明によって提供される電池は、正極とセパレータと負極とが積層されてなる電極体を備えた電池である。前記セパレータとして、互いに特性が異なる第１セパレータと第２セパレータとを備えており、かつ、前記第１セパレータと前記第２セパレータとは、前記電極体の積層方向に相互に接していない状態で前記電極体内に配置されている。
ここで、前記第１セパレータおよび前記第２セパレータは、以下の特性：
前記正極と前記第１セパレータと前記負極とが積層されてなる電極体を備えた電池を構築した場合に、該電極体の積層方向に加わる面圧の変化量ΔＰ（ＭＰａ）と、該面圧ΔＰを加えたときの前記電池の抵抗増加量ΔＸ（％）とから求められる抵抗増加率Ｘ＝ΔＸ／ΔＰが、Ｘ＞０（正の値）であり、
前記正極と前記第２セパレータと前記負極とが積層されてなる電極体を備えた電池を構築した場合に、該電極体の積層方向に加わる面圧の変化量ΔＰ（ＭＰａ）と、該面圧ΔＰを加えたときの前記電池の抵抗増加量ΔＹ（％）とから求められる抵抗増加率Ｙ＝ΔＹ／ΔＰが、Ｙ＜０（負の値）である；を有する。
このように抵抗増加率Ｘ、Ｙが異なる第１セパレータと第２セパレータとを併用することにより、該セパレータに加わる面圧が変化した場合でも、電池抵抗の変動が生じ難い。そのため、上記構成によれば、電池抵抗の変動に伴う種々の不具合（例えば電池抵抗の増大に起因する回生電流の減少ひいては燃費の悪化や、電池抵抗の低下に起因する充電電流の増大ひいては過充電の発生等）が解消された高性能な電池を提供することができる。
ここで開示される電池の好ましい一態様では、前記第１セパレータはポリオレフィン樹脂からなり、前記第２セパレータは不織布からなる。セパレータとしてポリオレフィン樹脂と不織布とを併用することにより、上述した効果がより良く発揮され得る。
なお、ポリオレフィン樹脂と不織布とを併用する技術については既に知られている。例えば特許文献１には、ガラス繊維製不織布表面にポリオレフィン樹脂製微多孔体を設けたセパレータが記載されている。しかしながら、特許文献１の技術では、不織布表面にポリオレフィン樹脂製の微多孔体を設けているために、面圧増加時にポリオレフィン樹脂が不織布の空孔を閉塞することで、内部抵抗が増大してしまう。つまり、電池抵抗の変動を抑制することは困難である。これに対し、本発明の構成によると、第１セパレータと第２セパレータとは、電極体の積層方向に相互に接していない状態で電極体内に配置されているので、第１セパレータおよび第２セパレータが相互に干渉しない（悪影響を及ぼさない）。そのため、上記面圧変化に伴う電池抵抗の変動をより良く抑制することができる。
ここで開示される電池の好ましい一態様では、前記第１セパレータと前記正極とが対向する領域の面積をＳ１とし、前記第２セパレータと前記正極とが対向する領域の面積をＳ２とした場合に、面積比（Ｓ１／Ｓ２）が、−０．８Ｙ／Ｘ≦（Ｓ１／Ｓ２）≦−１．２Ｙ／Ｘの関係を満足する。このような面積比（Ｓ１／Ｓ２）の値の範囲内であると、面圧変化に伴う電池抵抗の変動をより良く抑制することができる。
ここで開示される電池の好ましい一態様では、前記電極体は、前記正極と前記第１セパレータと前記負極と前記第２セパレータとがこの順で繰り返して積層されてなる積層電極体である。本発明によると、上記のように正極と第１セパレータと負極と第２セパレータとがこの順で繰り返して積層されてなる積層電極体において、面圧変化に伴う電池抵抗の変動をより良く抑制することができる。
ここで開示される電池の好ましい一態様では、前記電極体は、前記正極と前記第１セパレータと前記負極と前記第２セパレータとがこの順で積層されて捲回されてなる捲回電極体である。本発明によると、上記のように正極と第１セパレータと負極と第２セパレータとがこの順で積層されて捲回されてなる捲回電極体において、面圧変化に伴う電池抵抗の変動をより良く抑制することができる。
一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構造の一例を示す図である。 一実施形態に係る捲回電極体を示す図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。 ラミネートセルを示す斜視図である。 一実施形態に係る捲回装置を模式的に示す図である。 一実施形態に係る組電池を示す斜視図である。 他の一実施形態に係る積層電極体を示す斜視図である。 他の一実施形態に係る積層電極体を示す断面図である。 他の一実施形態に係る積層電極体を示す断面図である。 他の一実施形態に係る積層電極体を示す断面図である。 面圧と抵抗との関係を示すグラフである（サンプル１）。 面圧と抵抗との関係を示すグラフである（サンプル２）。 面圧と抵抗との関係を示すグラフである。 積層電極体を示す断面図である。 面圧と抵抗との関係を示すグラフである（サンプル３）。
以下、本発明の一実施形態に係る電池を図面に基づいて説明する。なお、同じ作用を奏する部材、部位には適宜に同じ符号を付している。また、各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。以下、リチウムイオン二次電池に本発明を適用する場合を例として、本発明の実施形態を説明するが、本発明の適用対象を限定する意図ではない。
図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００を示している。このリチウムイオン二次電池１００は、図１に示すように、捲回電極体２０と電池ケース３０とを備えている。図２は、捲回電極体２０を示す図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示している。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、図１および図２に示すように、扁平形状の捲回電極体２０が、図示しない液状電解質（電解液）とともに、扁平な角形の電池ケース（即ち外装容器）３０に収容されている。
電池ケース３０は、一端（電池の通常の使用状態における上端部に相当する。）に開口部を有する箱形（すなわち有底直方体状）のケース本体３２と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形状プレート部材からなる封口板（蓋体）３４とから構成される。電池ケース３０の材質は、例えばアルミニウムが例示される。図１に示すように、封口板３４には外部接続用の正極端子４２および負極端子４４が形成されている。封口板３４の両端子４２、４４の間には、電池ケース３０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁３６が形成されている。
捲回電極体２０は、図２に示すように、シート状の正極（正極シート）５０と第１セパレータ７０とシート状の負極（負極シート）６０と第２セパレータ７２とがこの順で積層されて捲回されている。
正極シート５０は、帯状の正極集電体５２と正極活物質層５４とを備えている。正極集電体５２には、例えば、厚さが凡そ１５μｍの帯状のアルミニウム箔が用いられている。正極集電体５２の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部５２ａが設定されている。図示例では、正極活物質層５４は、正極集電体５２に設定された未塗工部５２ａを除いて、正極集電体５２の両面に保持されている。正極活物質層５４には、正極活物質や導電材やバインダが含まれている。
正極活物質には、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられる物質を使用することができる。正極活物質の例を挙げると、ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２（リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物）などのリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。例えば、正極活物質に、導電材としてアセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（グラファイト等）の粉末状カーボン材料を混合することができる。また、正極活物質と導電材の他に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のバインダを添加することができる。これらを適当な分散媒体に分散させて混練することによって、正極合剤（ペースト）を調製することができる。正極活物質層５４は、この正極合剤を正極集電体５２に塗布し、乾燥させ、予め定められた厚さにプレスすることによって形成されている。
負極シート６０は、図２に示すように、帯状の負極集電体６２と負極活物質層６４とを備えている。負極集電体６２には、例えば、厚さが凡そ１０μｍの帯状の銅箔が用いられている。負極集電体６２の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部６２ａが設定されている。負極活物質層６４は、負極集電体６２に設定された未塗工部６２ａを除いて、負極集電体６２の両面に保持されている。負極活物質層６４には、負極活物質や増粘剤やバインダなどが含まれている。
負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボンなどの炭素系材料が挙げられる。そして正極と同様、かかる負極活物質を、ＰＶＤＦ、ＳＢＲ、ＰＴＦＥ、ＣＭＣ等のバインダとともに適当な分散媒体に分散させて混練することによって、負極合剤（ペースト）を調製することができる。負極活物質層６４は、この負極合剤を負極集電体６２に塗布し、乾燥させ、予め定められた厚さにプレスすることによって形成されている。
第１セパレータ７０および第２セパレータ７２は、図２および図３に示すように、正極シート５０と負極シート６０とを隔てる部材である。この例では、第１セパレータ７０および第２セパレータ７２は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。図２および図３に示すように、負極活物質層６４の幅ｂ１は、正極活物質層５４の幅ａ１よりも広い（ｂ１＞ａ１）。また、第１セパレータ７０および第２セパレータ７２の幅ｃ１、ｃ２は、正極活物質層５４の幅ａ１よりも広く、かつ、負極活物質層６４の幅ｂ１よりも広い（ｃ１、ｃ２＞ｂ１＞ａ１）。第１セパレータ７０および第２セパレータ７２については後で詳細に述べる。
捲回電極体２０は、正極シート５０と負極シート６０とは、第１セパレータ７０または第２セパレータ７２を介在させた状態で、正極活物質層５４と負極活物質層６４とが対向するように重ねられている。より具体的には、捲回電極体２０では、正極シート５０と負極シート６０と第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とは、正極シート５０、第１セパレータ７０、負極シート６０、第２セパレータ７２の順に重ねられている。さらに、負極集電体６２と正極集電体５２とは、互いの未塗工部５２ａ、６２ａが捲回電極体２０の幅方向で反対側に突出するように、重ねられている。重ねられたシート材（例えば、正極シート５０）は、幅方向に設定された捲回軸ＷＬ周りに捲回されている。
捲回電極体２０は、電池ケース３０（この例では、蓋体３４）に取り付けられた電極端子４２、４４に取り付けられている。捲回電極体２０は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に押し曲げられた状態で電池ケース３０に収納されている。また、捲回電極体２０は、セパレータ７０、７２の幅方向において、正極シート５０の未塗工部５２ａと負極シート６０の未塗工部６２ａとが互いに反対側にはみ出ている。このうち、一方の電極端子４２は、正極集電体５２の未塗工部５２ａに固定されており、他方の電極端子４４は、負極集電体６２の未塗工部６２ａに固定されている。かかる捲回電極体２０は、ケース本体３２の扁平な内部空間に収容される。ケース本体３２は、捲回電極体２０が収容された後、蓋体３４によって塞がれる。
電解液（非水電解液）としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６，ＬｉＢＦ４，ＬｉＡｓＦ６，ＬｉＣＦ３ＳＯ３，ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３，ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２，ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等のリチウム塩を用いることができる。一例として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）にＬｉＰＦ６を約１ｍｏｌ／Ｌの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。
以下、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の第１セパレータ７０および第２セパレータ７２をより詳細に説明する。
自動車等の車両に搭載される電池は、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから、多数の電池を配列し且つ拘束した状態の組電池が構築される。かかる拘束時には組電池を構成する個々の電池に相当な面圧（拘束荷重）が加えられる。本発明者に知見によれば、実使用中に電池の充電状態の変化や温度変化等に起因する極板の膨張・収縮が生じると、個々の電池に加わる面圧（拘束荷重）が大きく変動し、それに伴い、電池の抵抗が変化する場合があり得る。かかる電池抵抗の変動は、電池性能が低下する要因になり得る。
本発明者は、種々実験を行った結果、面圧変化に伴う電池抵抗の変動（面圧依存性）について、その要因がセパレータにあることを発見した。具体的には、種々異なったセパレータを用いた電池を複数用意し、各々の電池の面圧（拘束荷重）を変えつつ電池のＩＶ抵抗を測定した。このうち、ポリオレフィン樹脂からなるセパレータと、不織布からなるセパレータを用いたそれぞれの電池について、ＩＶ抵抗を測定した結果を、図１１および図１２に示す。図１１は、ポリオレフィン樹脂セパレータを用いたときの面圧とＩＶ抵抗との関係を示すグラフである。また、図１２は、不織布セパレータを用いたときの面圧とＩＶ抵抗との関係を示すグラフである。
ポリオレフィン樹脂セパレータを用いた電池では、図１１に示すように、面圧が増大するに従いＩＶ抵抗が増加傾向を示した。一方、不織布セパレータ用いた電池では、図１２に示すように、面圧が増大するに従いＩＶ抵抗が低下傾向を示した。これは、ポリオレフィン樹脂セパレータと不織布セパレータとでは、ＩＶ抵抗の面圧依存性が正負逆の傾向を示すことを意味している。本発明者は、このようなＩＶ抵抗の面圧依存性が正負逆の傾向を示す２種類のセパレータを用いて、それぞれの特性を相互作用させることで、従来に比して、面圧変化に伴う電池抵抗の変動が少ない電池を構築し得ることに思い至り、本発明を完成した。
即ち、ここで提案されるリチウムイオン二次電池１００は、図１〜図３に示すように、正極５０と第１セパレータ７０と負極６０と第２セパレータ７２とがこの順で積層されて捲回されてなる捲回電極体２０を備えている。第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とは、ＩＶ抵抗の面圧依存性が互いに正負逆の傾向を示す。
ここでＩＶ抵抗の面圧依存性は、図４に示すラミネートセル８０を用いて求めることができる。図４は、かかるＩＶ抵抗の面圧依存性を得るためのラミネートセル８０の構成例を示している。かかるＩＶ抵抗の面圧依存性を得るには、例えば、図４に示すように、評価対象となるセパレータ８６と、正極８２と、負極８４とを備えた電極体８８を用意する。セパレータ８６には、ここでは第１セパレータ７０および第２セパレータ７２がそれぞれ用いられている。また、正極８２は、正極集電体８２ａの片面に正極活物質層８２ｂを保持させた正極が用いられている。正極集電体８２ａおよび正極活物質層８２ｂは、正極シート５０に用いられる正極集電体５２および正極活物質層５４と同じ材料が用いられている。正極集電体８２ａには正極端子８２ｃが取り付けられている。また、負極８４は、負極集電体の片面に負極活物質層８４ｂを保持させた負極が用いられている。負極集電体８４ａおよび負極活物質層８４ｂは、負極シート６０に用いられる負極集電体６２および負極活物質層６４と同じ材料が用いられている。負極集電体８４ａには負極端子８４ｃが取り付けられている。
かかるラミネートセル８０では、図４に示すように、評価対象となるセパレータ８６を介在させた状態で、正極８２と負極８４とを対向させ、かつ、電解液に浸し、ラミネート袋８５に収容する。また、ラミネートセル８０では、電極体８８の積層方向（正極８２とセパレータ８６と負極８４とを積層する方向）に対して一定の面圧（荷重）を付与する。かかる面圧を所定の範囲で変えつつ、各面圧にて、所定の電流値（例えば３０Ｃ）で１０秒間、充電と放電を行い、充電・放電前の電圧値（初期電圧値）と、初期電圧値から１０秒経過時点での電圧値との差分からＩＶ抵抗を算出する。そして、ＩＶ抵抗と面圧との相関関係を示すグラフからＩＶ抵抗の面圧依存性を把握する。
図１１は、第１セパレータ７０を用いて、面圧を０．５〜３．０ＭＰａの範囲で変えた場合のＩＶ抵抗の変化を示している。ここでは面圧が１．５ＭＰａのときのＩＶ抵抗を１００％とした場合の相対値で示している。この場合、面圧とＩＶ抵抗との相関関係を示すグラフの傾きを把握することによって、第１セパレータ７０を用いたときのＩＶ抵抗の面圧依存性（以下、抵抗増加率Ｘ）を求めることができる。具体的には以下の式（１）を用いてＸを求めることができる。この例ではＸが＋０．３３％／ＭＰａに設定されている。
抵抗増加率Ｘ（％／ＭＰａ）＝ΔＸ／ΔＰ （１）
ΔＰ：電極体の積層方向に加わる面圧の変化量（ＭＰａ）
ΔＸ：面圧変化量ΔＰを加えたときの抵抗増加量（％）
また、図１２は、第２セパレータ７２を用いて、面圧を０．５〜３．０ＭＰａの範囲で変えた場合のＩＶ抵抗の変化を示している。ここでは面圧が１．５ＭＰａのときのＩＶ抵抗を１００％とした場合の相対値で示している。この場合、面圧とＩＶ抵抗との相関関係を示すグラフの傾きを把握することによって、第２セパレータ７２を用いたときのＩＶ抵抗の面圧依存性（以下、抵抗増加率Ｙ）を求めることができる。具体的には以下の式（２）を用いてＹを求めることができる。この例ではＹが−０．３５％／ＭＰａに設定されている。
抵抗増加率Ｙ（％／ＭＰａ）＝ΔＹ／ΔＰ （２）
ΔＰ：電極体の積層方向に加わる面圧の変化量（ＭＰａ）
ΔＹ：面圧変化量ΔＰを加えたときの抵抗増加量（％）
ここで開示されるリチウムイオン二次電池１００は、上記式（１）で求められる第１セパレータ７０の上記測定に基づく抵抗増加率Ｘが、Ｘ＞０（正の値）となるように規定されている。また、上記式（２）で求められる第２セパレータ７２の上記測定に基づく抵抗増加率Ｙが、Ｙ＜０（負の値）となるように規定されている。つまり、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とは、上記測定に基づく抵抗増加率Ｘ、Ｙが正負逆の傾向を示すように設定されている。かかる構成によると、抵抗増加率Ｘ、Ｙが正負逆の傾向を示す第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とを併用することにより、面圧が変化した場合でも、電池抵抗の変動が生じ難い。そのため、該電池抵抗の変動に伴う種々の不具合が解消された高性能なリチウムイオン二次電池１００が構築され得る。例えば図１３は、抵抗増加率Ｘが＋０．３３％／ＭＰａの第１セパレータ７０と、抵抗増加率Ｙが−０．３５％／ＭＰａの第２セパレータ７２とを併用したときの面圧とＩＶ抵抗との関係をシミュレーションしたグラフである。図１３に示すように、抵抗増加率Ｘ、Ｙが互いに異なる第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とを併用することで、ＩＶ抵抗の面圧依存性（抵抗増加率）を−０．０２％／ＭＰａにまで小さくすることが可能となる。
なお、本発明者の検討によれば、上記抵抗増加率Ｘ、Ｙが互いに異なる第１セパレータ７０および第２セパレータ７２を併用することによる抵抗変動抑制効果については、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とを貼り合わせた２層構造のセパレータを用いた場合では同程度の効果が得られないことが後述する試験例により確認された。つまり、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが電極体２０の積層方向に相互に接していない状態で電極体２０内に配置されている場合に、上記抵抗変動抑制効果がより良く発現するリチウムイオン二次電池１００が構築され得る。
ここで開示される第１セパレータ７０としては、上記式（１）で求められる抵抗増加率Ｘが、Ｘ＞０（正の値）となるように設定されていればよい。かかる第１セパレータ７０の材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂を好適に用いることができる。かかるポリオレフィン樹脂からなる第１セパレータ７０の構造は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。例えば、ＰＰ層と、ＰＰ層上に積層されたＰＥ層と、ＰＥ層上に積層されたＰＰ層との３層構造により構成してもよい。また、多層構造の第１セパレータ７０の層数は３に限られず、２であってもよく、４以上であってもよい。
例えば、第１セパレータ７０はＰＥ系樹脂によって構成されていてもよい。ＰＥ系樹脂としては、エチレンの単独重合体が好ましく用いられる。また、ＰＥ系樹脂は、エチレンから誘導される繰り返し単位を５０質量％以上含有する樹脂であって、エチレンと共重合可能なα‐オレフィンを重合した共重合体、あるいはエチレンと共重合可能な少なくとも一種のモノマーを重合した共重合体であってもよい。α‐オレフィンとして、プロピレン等が例示される。他のモノマーとして共役ジエン（例えばブタジエン）、アクリル酸等が例示される。例えばＰＥとしては、一般に高密度ポリエチレン、あるいは直鎖状（線状）低密度ポリエチレン等と称されるポリオレフィンを用いてもよい。あるいは中密度、低密度の各種の分岐ポリエチレンを用いてもよい。また、必要に応じて、各種可塑剤、酸化防止剤等の添加剤を含有することもできる。
ここで開示される第１セパレータ７０の厚みとしては、１０μｍ〜３０μｍ程度であることが好ましく、１０μｍ〜２５μｍ程度であることがより好ましい。このような第１セパレータ７０の厚みの範囲内であると、上述した効果をより良く発揮することができる。第１セパレータ７０の厚みが大きすぎると、第１セパレータ７０のイオン伝導性が低下するおそれがある。一方、第１セパレータ７０の厚みが小さすぎると、破膜が生じるおそれがある。第１セパレータ７０の厚みは、ＳＥＭにより撮影した画像を画像解析することによって求めることができる。
また、第１セパレータ７０の空隙率としては、概ね２０％〜６０％程度であることが好ましく、例えば３０％〜５０％程度であることがより好ましい。このような第１セパレータ７０の空隙率の範囲内であると、第１セパレータ７０のシャットダウン機能を有効に働かせつつ、上述した効果をより良く発揮することができる。第１セパレータ７０の空隙率が大きすぎると、第１セパレータ７０のシャットダウン機能が有効に働かなかったり、強度が不足して破膜が起こりやすくなったりするおそれがある。一方、第１セパレータ７０の空隙率が小さすぎると、第１セパレータ７０に保持可能な電解液量が少なくなり、イオン伝導性が低下する場合がある。
ここで開示される第１セパレータ７０のガーレ値（通気抵抗）としては、凡そ３００（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以上９００（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以下にすることが適当であり、好ましくは４００（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以上８００（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以下であり、より好ましくは５００（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以上７００（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以下である。このような第１セパレータ７０のガーレ値の範囲内であると、第１セパレータ７０のシャットダウン機能を有効に働かせつつ、上述した効果をより良く発揮することができる。なお、本明細書において、セパレータのガーレ値は、ＪＩＳ Ｌ １０９６：２０１０「織物及び編物の生地試験方法」に準拠して測定するものとする。
ここで開示される第２セパレータ７２としては、上記式（２）で求められる抵抗増加率Ｙが、Ｙ＜０（負の値）となるように設定されていればよい。かかる第２セパレータ７２としては、例えば、不織布を好適に用いることができる。不織布を構成する繊維としては、ガラス、セルロース、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、全芳香族ポリエステル等が挙げられる。中でもガラス繊維を含有することが好ましく、特には、実質的にガラス繊維からなる不織布を用いることが好ましい。かかる不織布を構成する繊維は、短繊維あるいは長繊維のいずれであってもよい。上記不織布の繊維径としては、概ね５μｍ〜３０μｍにすることが適当であり、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。このような不織布の繊維径の範囲内であると、第２セパレータ７２のシャットダウン機能を有効に働かせつつ、上述した効果をより良く発揮することができる。また、不織布の繊維には、必要に応じて、各種可塑剤、酸化防止剤等の添加剤を含有することもできる。
ここで開示される第２セパレータ７２の厚みとしては、概ね１０μｍ〜３０μｍ程度であることが好ましく、１０μｍ〜２５μｍ程度であることがより好ましい。このような第２セパレータ７２の厚みの範囲内であると、上述した効果をより良く発揮することができる。第２セパレータ７２の厚みが大きすぎると、第２セパレータ７２のイオン伝導性が低下するおそれがある。一方、第２セパレータ７２の厚みが小さすぎると、破膜が生じるおそれがある。第２セパレータ７２の厚みは、ＳＥＭにより撮影した画像を画像解析することによって求めることができる。
また、第２セパレータ７２の空隙率としては、概ね５０％〜９０％程度であることが好ましく、例えば６０％〜８５％程度であることがより好ましい。このような第２セパレータ７２の空隙率の範囲内であると、第２セパレータ７２のシャットダウン機能を有効に働かせつつ、上述した効果をより良く発揮することができる。第２セパレータ７２の空隙率が大きすぎると、強度が不足して破膜が起こりやすくなるおそれがある。一方、第２セパレータ７２の空隙率が小さすぎると、第２セパレータ７２に保持可能な電解液量が少なくなり、イオン伝導性が低下する場合がある。
ここで開示される第２セパレータ７２のガーレ値（通気抵抗）としては、凡そ３（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以上２０（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以下にすることが適当であり、好ましくは５（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以上１５（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以下であり、より好ましくは６（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以上１０（ｓｅｃ／１００ｃｍ３）以下である。このような第２セパレータ７２のガーレ値の範囲内であると、上述した効果をより良く発揮することができる。
なお、第１セパレータ７０および第２セパレータ７２は、その表面に絶縁性を有する粒子の層を形成してもよい。ここで、絶縁性を有する粒子としては、絶縁性を有する無機フィラー（例えば、金属酸化物、金属水酸化物などのフィラー）、或いは、絶縁性を有する樹脂粒子（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの粒子）で構成してもよい。例えば、第１セパレータ７０および第２セパレータ７２の表裏のうち、負極活物質層に対向する側の面に無機フィラーを含む耐熱多孔層が形成されていてもよい。無機フィラーとしては、耐熱性があり、かつ電池の使用範囲内で電気化学的に安定であるものが好ましい。好適例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アルミナ水和物（例えばベーマイト（Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ））、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、等の無機金属化合物が例示される。これらの無機金属化合物材料の一種又は二種以上を用いることができる。
第１セパレータ７０および第２セパレータ７２を備えた捲回電極体２０は、図５に示す捲回装置２００を用いて作製するとよい。捲回装置２００は、一対のローラ２１０ａ、２１０ｂと巻芯２２０とを備えている。一対のローラ２１０ａ、２１０ｂは、巻芯２２０を挟んで対称に配置されている。図５の例では、正極シート５０および第２セパレータ７２がローラ２１０ａに供給され、負極シート６０および第１セパレータ７０がローラ２１０ｂに供給される。そして、その状態で、ローラ２１０ａ、２１０ｂを捲回軸周りに一方向に回転させることにより、正極シート５０と第１セパレータ７０と負極シート６０と第２セパレータ７２とがこの順で積層されて捲回されてなる捲回電極体２０が構築され得る。
次に、かかる構成のリチウムイオン二次電池１００を単電池とし、該単電池を複数備えてなる組電池の一構成例を説明する。この組電池１０００は、図６に示すように、複数個（図では４個、例えば１０個以上、好ましくは１０〜３０個程度、例えば２０個）のリチウムイオン二次電池（単電池）１００を、それぞれの正極端子４２および負極端子４４が交互に配置されるように一つずつ反転させつつ、電池ケース３０の幅広面が対向する方向（積層方向）に配列されている。当該配列された単電池１００間には、所定形状の冷却板１１０が挟み込まれている。この冷却板は、使用時に各単電池１００内で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材として機能するものであって、単電池１００間に冷却用流体（典型的には空気）を導入可能な形状（例えば、長方形状の冷却板の一辺から垂直に延びて対向する辺に至る複数の平行な溝が表面に設けられた形状）を有する。熱伝導性の良い金属製もしくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の冷却板が好適である。
上記配列させた単電池１００および冷却板１１０の両端には、一対のエンドプレート（拘束板）１２０が配置されている。上記配列された単電池１００および冷却板１１０は、両エンドプレート１２０の間を架橋するように取り付けられた締め付け用の拘束バンド１３０によって、規定の拘束荷重（面圧：０．５ＭＰａ〜３ＭＰａ、好ましくは１ＭＰａ〜２．５ＭＰａ）が加わるように拘束されている。そして、隣接する単電池１００間において、一方の正極端子４２と他方の負極端子４４とが、接続部材（バスバー）１４０によって電気的に接続されている。
本実施形態に係る組電池１０００では、図１〜図３に示されるように、いずれの単電池１００においても、抵抗増加率Ｘ、Ｙが互いに異なる第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが併用されている。そのため、拘束荷重（面圧）が変化した場合でも、各単電池１００において電池抵抗の変動が生じ難い。そのため、いずれの単電池１００においても電池抵抗の変動による種々の不具合（例えば電池抵抗の増大に起因する回生電流の減少ひいては燃費の悪化や、電池抵抗の低下に起因する充電電流の増大ひいては過充電の発生等）を回避して高性能な組電池１０００を構築することができる。
以上、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００および組電池１０００について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。
例えば、ここで開示される技術の好適な適用対象は、上述した捲回タイプの電極体に限定されない。例えば、正極５０と第１セパレータ７０と負極６０と第２セパレータ７２とがこの順で繰り返して積層されてなる積層電極体２０であってもよい。図７および図８は、かかる積層電極体２０を模式的に示している。図示した例では、正極集電体５２と負極集電体６２とがそれぞれ長方形のシート材であり、正極集電体５２と負極集電体６２とが、長手方向を揃え、かつ、正極活物質層５４と負極活物質層６４とが、セパレータ７０、７２を介在させた状態で互いに対向するように交互に積層されている。かかる積層電極体２０において、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが電極体２０の積層方向に交互に配置されている。このように、正極５０と第１セパレータ７０と負極６０と第２セパレータ７２がこの順で繰り返して積層されている場合であっても、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２の抵抗増加率Ｘ、Ｙを適切に異ならせることで、上述の効果を得ることができる。なお、セパレータの積層数は図示した８枚に限らず、さらに多数（例えば１０枚〜２００枚）であってもよい。
また、上述した実施形態では、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが電極体２０の積層方向に交互に配置されているが、第１セパレータ７０および第２セパレータ７２の積層順はこれに限定されず、例えば、図９に示すように、複数（図では３枚）の第１セパレータ７０（および第２セパレータ７２）を電極体２０の積層方向に連続して配置してもよい。このように、複数の第１セパレータ７０（第２セパレータ７２）が電極体２０の積層方向に連続して配置されている場合であっても、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２の抵抗増加率Ｘ、Ｙを適切に異ならせることで、抵抗変動を抑制する効果を得ることができる。
さらに、上述した実施形態では、電極体２０の積層方向において、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが別々の層に配置されているが、そのような構成に限定されず、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが同じ層に配置されていてもよい。例えば、図１０に示すように、電極体２０の積層方向に直交する幅方向において、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが隣接して配置されていてもよい。図示した例では、電極体２０の幅方向において、第１セパレータ７０が正極集電体５２の未塗工部５２ａが位置する側に配置され、第２セパレータ７２が負極集電体６２の未塗工部６２ａが位置する側に配置されている。このように、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とが電極体２０の幅方向に隣接して配置されている場合であっても、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２の抵抗増加率Ｘ、Ｙを適切に異ならせることで、抵抗変動を抑制する効果を得ることができる。
ここで開示されるリチウムイオン二次電池１００としては、第１セパレータ７０と正極５０（特に正極活物質層５４）とが対向する領域の面積をＳ１とし、第２セパレータ７２と正極５０（特に正極活物質層５４）とが対向する領域の面積をＳ２とした場合に、面積比（Ｓ１／Ｓ２）が、−０．８Ｙ／Ｘ≦（Ｓ１／Ｓ２）≦−１．２Ｙ／Ｘを満足するものが好ましく、−０．９Ｙ／Ｘ≦（Ｓ１／Ｓ２）≦−１．１２Ｙ／Ｘを満足するものがより好ましく、（Ｓ１／Ｓ２）＝−Ｙ／Ｘを満足するものが特に好ましい。ここで上記Ｘは前記式（１）で求められる第１セパレータ７０の抵抗増加率Ｘであり、上記Ｙは前記式（２）で求められる第２セパレータ７２の抵抗増加率Ｙである。例えば、抵抗増加率Ｘが＋０．３３％／ＭＰａの第１セパレータ７０と、抵抗増加率Ｙが−０．３５％／ＭＰａの第２セパレータ７２とを用いる場合、面積比（Ｓ１／Ｓ２）が−Ｙ／Ｘ（つまりＳ１：Ｓ２が３５：３３）を満足することが好ましい。この場合、例えば図９に示す積層電極体２０において、セパレータの積層数（総数）が６８枚であれば、第１セパレータ７０を３５枚、第２セパレータ７２を３３枚使用するとよい。このような面積比（Ｓ１／Ｓ２）の範囲内であると、抵抗変動をより確実に抑制することができる。
≪試験例≫
本発明者は、かかるセパレータ７０、７２の特性について試験的に評価した。ここで、評価用セルは図４の斜視図に示すラミネートセル（リチウムイオン二次電池）８０で構成した。評価用セルは、正極集電体８２ａの片面に正極活物質層８２ｂが形成された正極８２と、負極集電体８４ａの片面に負極活物質層８４ｂが形成された負極８４と、正極活物質層８２ｂと負極活物質層８４ｂとの間に介在したセパレータ８６とを備えている。なお、図４では、各部材の実際の厚みは反映していない。
正極８２は、正極活物質層８２ｂに含まれる正極活物質粒子としてＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２粉末、バインダとしてＰＶＤＦ、導電材としてアセチレンブラック（ＡＢ）を用いた。ここで、正極活物質層８２ｂを形成する際の合剤には、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２と、ＰＶＤＦと、ＡＢとを、質量割合にて、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２：ＰＶＤＦ：ＡＢ＝９３：３：４とし、ＮＭＰを分散溶媒として混合した合剤ペーストを用意した。そして、かかる合剤ペーストを、正極集電体８２ａとしてのアルミニウム箔（厚さ１５μｍ）の上に塗布し乾燥させ、圧延を行なって、正極８２を形成した。
負極８４は、負極活物質層８４ｂに含まれる負極活物質粒子として天然黒鉛粉末、バインダとしてＳＢＲ、増粘剤としてＣＭＣを用いた。ここで、負極活物質層８４ｂを形成する際の合剤には、黒鉛と、ＳＢＲと、ＣＭＣとを、質量割合にて、黒鉛：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９８：１：１とし、水を分散溶媒として混合した合剤ペーストを用意した。そして、かかる合剤ペーストを、負極集電体８４ａとしての銅箔（厚さ１０μｍ）の上に帯状に塗布し乾燥させ、圧延を行なって、負極８４を形成した。
電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比率において、３：４：３で配合し、ＬｉＰＦ６を１．１モル溶解させたものを用いた。
評価用セルの各サンプル１〜３は、セパレータの材質が異なる。サンプル１では、ポリエチレン（ＰＥ）の単層からなる多孔質シートを用いた。サンプル２では、ガラス繊維からなる不織布を用いた。サンプル３では、ポリエチレン（ＰＥ）の多孔質膜と、ガラス繊維からなる不織布とを貼り合わせた２層構造のセパレータを用いた。
以上のように得られた各サンプル１〜３の評価用セルのそれぞれに対し、正極８２とセパレータ８６と負極８４の積層方向に対して一定の面圧（荷重）を付与した。そして、面圧を０．５ＭＰａ、１．０ＭＰａ、１．５ＭＰａ、２．０ＭＰａ、３．０ＭＰａと変えた場合に、各面圧にて、ＩＶ抵抗を測定した。ＩＶ抵抗は、２５℃の環境下で、３０Ｃの電流値で充電と放電を行い、充電・放電前の電圧値（初期電圧値）と、初期電圧値から１０秒経過時点での電圧値との差分から求めた。結果を図１１、図１２、図１５に示す、図１１はサンプル１の面圧とＩＶ抵抗との関係を示すグラフであり、図１２はサンプル２の面圧とＩＶ抵抗との関係を示すグラフであり、図１５サンプル３の面圧とＩＶ抵抗との関係を示すグラフである。また、各グラフの傾きから抵抗増加率を算出した。
図１１に示すように、ＰＥの多孔質シートを用いたサンプル１では、面圧が増大するに従いＩＶ抵抗が増加傾向を示した。かかるサンプル１の抵抗増加率＋０．３３％／ＭＰａであった。サンプル１のセパレータでは、面圧増加によりＰＥ樹脂の空孔が閉塞するため、内部抵抗が増大したものと推測される。また図１２に示すように、不織布を用いたサンプル２では、面圧が増大するに従いＩＶ抵抗が低下傾向を示した。かかるサンプル２の抵抗増加率は−０．３５％／ＭＰａであった。サンプル２のセパレータでは、面圧増加による空孔の閉塞は起きにくいが、主にセパレータの厚み（ひいては正負極間距離）が減少することに起因してＩＶ抵抗が低下したものと推測される。
一方、ＰＥの多孔質シートと不織布とを貼り合わせた２層構造のセパレータ用いたサンプル３では、サンプル１と同様、面圧が増大するに従いＩＶ抵抗が増加傾向を示した。かかるサンプル３の抵抗増加率は＋０．２４％／ＭＰａであった。サンプル３のセパレータでは、面圧印加時にＰＥ樹脂の空孔が閉塞し、さらには不織布の空孔もＰＥにより閉塞してしまうため、内部抵抗が増大したものと推測される。この結果から、第１セパレータ７０と第２セパレータ７２とを貼り合わせた２層構造のセパレータを用いた電池（図１４参照）は、抵抗変動を抑制する効果が十分に得られないことが確認された。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記の実施形態は、電池の典型例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、この形態の電池に限定されない。例えば、リチウムイオン以外の金属イオン（例えばナトリウムイオン）を電荷担体とする電池であってもよい。
ここに開示される技術により提供される電池（典型的にはリチウムイオン二次電池）は、上述したように、電池抵抗の面圧依存性が小さく、優れた電池特性を有するので、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。従って本発明は、かかる電池１００（典型的には複数直列接続してなる組電池の形態であり得る）を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供する。
２０ 電極体
５０ 正極
５２ 正極集電体
５４ 正極活物質層
６０ 負極
６２ 負極集電体
６４ 負極活物質層
７０ 第１セパレータ
７２ 第２セパレータ

Claims (5)

  1. 正極とセパレータと負極とが積層されてなる電極体を備えた電池であって、
    前記セパレータとして、互いに特性が異なる第１セパレータと第２セパレータとを備えており、かつ、前記第１セパレータと前記第２セパレータとは、前記電極体の積層方向に相互に接していない状態で前記電極体内に配置されており、
    ここで前記第１セパレータおよび前記第２セパレータは、以下の特性：
    前記正極と前記第１セパレータと前記負極とが積層されてなる電極体を備えた電池を構築した場合に、該電極体の積層方向に加わる面圧の変化量ΔＰ（ＭＰａ）と、該面圧変化量ΔＰを加えたときの前記電池の抵抗増加量ΔＸ（％）とから求められる抵抗増加率Ｘ＝ΔＸ／ΔＰが、Ｘ＞０（正の値）であり、
    前記正極と前記第２セパレータと前記負極とが積層されてなる電極体を備えた電池を構築した場合に、該電極体の積層方向に加わる面圧の変化量ΔＰ（ＭＰａ）と、該面圧変化量ΔＰを加えたときの前記電池の抵抗増加量ΔＹ（％）とから求められる抵抗増加率Ｙ＝ΔＹ／ΔＰが、Ｙ＜０（負の値）である；
    を有する、電池。
  2. 前記第１セパレータと前記正極とが対向する領域の面積をＳ１とし、前記第２セパレータと前記正極とが対向する領域の面積をＳ２とした場合に、面積比（Ｓ１／Ｓ２）が、−０．８Ｙ／Ｘ≦（Ｓ１／Ｓ２）≦−１．２Ｙ／Ｘの関係を満足する、請求項１に記載の電池。
  3. 前記第１セパレータは、ポリオレフィン樹脂からなり、
    前記第２セパレータは、不織布からなる、請求項１または２に記載の電池。
  4. 前記電極体は、前記正極と前記第１セパレータと前記負極と前記第２セパレータとがこの順で繰り返して積層されてなる積層電極体である、請求項１〜３の何れか一つに記載の電池。
  5. 前記電極体は、前記正極と前記第１セパレータと前記負極と前記第２セパレータとがこの順で積層されて捲回されてなる捲回電極体である、請求項１〜３の何れか一つに記載の電池。


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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10629947B2 (en) 2008-08-05 2020-04-21 Sion Power Corporation Electrochemical cell
WO2010016881A1 (en) 2008-08-05 2010-02-11 Sion Power Corporation Application of force in electrochemical cells
EP2721665B1 (en) 2011-06-17 2021-10-27 Sion Power Corporation Plating technique for electrode
JP6878975B2 (ja) * 2017-03-17 2021-06-02 三洋電機株式会社 組電池
JP6864536B2 (ja) * 2017-04-25 2021-04-28 株式会社東芝 二次電池システム、充電方法、プログラム、及び車両
JP7210475B2 (ja) 2017-05-19 2023-01-23 シオン・パワー・コーポレーション 電気化学セルの不動態化剤
US10868306B2 (en) 2017-05-19 2020-12-15 Sion Power Corporation Passivating agents for electrochemical cells
JP2023502993A (ja) 2019-11-19 2023-01-26 シオン・パワー・コーポレーション 電池ならびに関連するシステムおよび方法
US11984575B2 (en) 2019-11-19 2024-05-14 Sion Power Corporation Battery alignment, and associated systems and methods
US11791511B2 (en) 2019-11-19 2023-10-17 Sion Power Corporation Thermally insulating compressible components for battery packs
US11978917B2 (en) 2019-11-19 2024-05-07 Sion Power Corporation Batteries with components including carbon fiber, and associated systems and methods
US11923495B2 (en) 2020-03-13 2024-03-05 Sion Power Corporation Application of pressure to electrochemical devices including deformable solids, and related systems
CN116134675A (zh) * 2022-03-16 2023-05-16 东莞新能安科技有限公司 电化学装置及电子装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10284116A (ja) * 1997-04-03 1998-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池
JPH10284117A (ja) * 1997-04-03 1998-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池
JP2002025526A (ja) * 2000-07-07 2002-01-25 Sony Corp 非水電解液電池
JP2005190911A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3768041B2 (ja) * 1999-03-19 2006-04-19 三洋電機株式会社 アルカリ蓄電池
JP4346928B2 (ja) 2003-03-04 2009-10-21 富士重工業株式会社 バッテリの取付構造
KR100933427B1 (ko) 2005-08-16 2009-12-23 주식회사 엘지화학 교차분리막으로 이루어진 전기화학소자
JP4735579B2 (ja) 2007-03-26 2011-07-27 ソニー株式会社 非水電解質電池
JP2011159506A (ja) * 2010-02-01 2011-08-18 Sharp Corp 非水系二次電池
JP2013089563A (ja) 2011-10-21 2013-05-13 Nippon Sheet Glass Co Ltd 非水系二次電池用セパレータ並びにこれを備えた二次電池
CN103199209B (zh) * 2013-04-01 2015-09-02 中国海诚工程科技股份有限公司 具有优良闭孔性能的锂离子电池用无纺布陶瓷隔膜及工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10284116A (ja) * 1997-04-03 1998-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池
JPH10284117A (ja) * 1997-04-03 1998-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池
JP2002025526A (ja) * 2000-07-07 2002-01-25 Sony Corp 非水電解液電池
JP2005190911A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池

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