JP2016081691A - リチウムイオン二次電池、負極、およびこれらを用いた電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
電池全体としての容量は、容量が低い正極容量と等しく、これらより負極容量は大きい。負極容量と負極の電位変化は、LTOのみによる。このため、このため、全SOCに渡り負極の電位は一定であり、電池のSOC末端でも負極電位は変化せず、負極のSOCの検出は一層困難である。また、この場合、電圧変化は正極の電位変化のみによる。このためSOC変化に対し発現電位の変化が小さい5VMnやオリビン鉄が正極である場合、電池のSOC検出も困難である。
<負極>
本願の負極は以下の手順で作成することができる。第一の負極活物質、第二の負極活物質、導電剤、などの粒子を混合し、これにバインダーを溶解した溶液を加えて混合撹拌し、負極合剤スラリーを作成する。スラリーを銅箔などの負極集電体に塗布し乾燥後、プレスなどの成型や所望の大きさにする裁断を行い、負極を作成する。
<正極>
本実施形態のリチウムイオン二次電池に用いる正極活物質は特に限定されない。
<電解液>
リチウム塩を非水溶媒に溶解した非水電解液を用いることができる。
<セパレータ>
セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミドなどの樹脂製多孔質絶縁物フィルムや、それらにアルミナなどの無機化合物層を設けたものを用いることができる。
<二次電池の作製>
以上の正極、負極、非水電解液を用い、ボタン型、円筒型、角型、ラミネート型などの形状を有する、本実施形態のリチウムイオン二次電池を作製する。
<リチウムイオン二次電池システム>
上記リチウムイオン二次電池を用いて、リチウムイオン二次電池システムを構成することができる。本リチウムイオン二次電池を用いれば、負極活物質として電位変化が少ないLTOを用いた場合であっても、SOCを算出するための指標として電圧や電位の変化を用いることができる。具体的には電池の電圧や電位を測定し、電圧曲線や電位曲線の傾きを検知して、その傾きから充電または放電の終点を求めることができる。
負極に用いる第一の活物質として、平均粒径約0.8μmのLTOを用いた。第二の活物質として、サブミクロン径の酸化ニオブ(Nb2O5)粉末を用いた。
(正極の作製)
正極活物質として平均粒径約10μmのニッケル置換スピネル型マンガン酸リチウム(Li Ni0.45Mn1.55O4)を用いた。
(電池の作製)
図6に模式的に示すラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。負極11、厚さ30μmのポリプロピレン製多孔質セパレータ14、正極12を、セパレータ14、ニッケル製参照極端子に圧着した金属リチウム片の順で積層した。この積層体を、ポリプロピレンで内張りしたラミネートシートで挟み、ニッケル製負極端子16、アルミニウム製正極端子17、参照極端子15が突き出るように、ラミネートシートの底辺(端子の反対側)を除く3辺を封止した。非水電解液を注液後、減圧により電解液を電極やセパレータに含浸させた後、底辺を封止し、電池を作製した。
非水電解液は、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、およびメチルエチルカーボネートの、体積比2:4:4の非水混合溶媒に、リチウム塩として六フッ化リン酸リチウム1mol/dm3溶解したものを用いた。
(充放電試験)
作製した電池の充放電試験を行った。充電条件は、充電電流を時間率1/20CAで終止電圧3.7Vの定電流充電とした。放電条件は、時間率1/20CAの放電電流で終止電圧2Vの定電流放電とした。この充電と放電とを1サイクルとして3サイクル充放電し、3サイクル目の放電における容量、電池電圧、参照極電位を基準とした正極電位および負極電位を測定した。
(比較例1)
比較例として、活物質が全て第一の活物質のLTOである負極を作成し、それ以外は実施例1と同様に電池の作製、評価を行った。
(比較例2)
第一の活物質と第二の活物質との比率を、99:1とした以外は、実施例1と同様に電池の作製、評価を行った。
(比較例3)
第一の活物質と第二の活物質との比率を、55:45とした以外は、実施例1と同様に電池の作製、評価を行った。
(比較例4)
比較例として、活物質が全て第一の活物質のLTOである負極を作成し、それ以外は実施例7と同様に電池の作製、評価を行った。
(比較例5)
第一の活物質と第二の活物質との比率を、99:1とした以外は、実施例7と同様に電池の作製、評価を行った。
(比較例6)
比較例として、活物質が全て第一の活物質のLTOである負極を作成し、それ以外は実施例10と同様に電池の作製、評価を行った。
(比較例7)
第一の活物質と第二の活物質との比率を、99:1とした以外は、実施例10と同様に電池の作製、評価を行った。
(比較例8)
第一の活物質と第二の活物質との比率を、55:45とした以外は、実施例10と同様に電池の作製、評価を行った。
Claims (10)
- 正極と負極と電池の電位を測定する手段を有するリチウムイオン二次電池において、
前記負極は、第一の活物質と第二の活物質を有し、
前記第一の活物質は、スピネル型チタン酸リチウムであり、
前記第二の活物質は、前記第一の活物質の電位の高電位側と低電位側の双方で電位を発現する活物質であり、
前記第一の活物質と前記第二の活物質との重量比は98:2から60:40の範囲であるリチウムイオン二次電池。 - 請求項1において、
前記第二の活物質は、電池の動作範囲において第一の活物質の発現電位より、低電位側、もしくは高電位側、もしくはその双方で、第二の活物質が充放電するリチウムイオン二次電池。 - 請求項2において、
前記第二の活物質は、バナジウム酸リチウム、酸化鉄、ニオブ酸化物のいずれかであるリチウムイオン二次電池。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
前記第一の活物質の容量は、前記正極の容量よりも小さいリチウムイオン二次電池。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、
第一の活物質の容量は、電池容量より小さいリチウムイオン二次電池。 - 前記リチウムイオン二次電池の動作範囲において、第一の活物質の容量が実質的に全て用いられる請求項5記載のリチウムイオン二次電池。
- 正極活物質が主としてニッケル置換スピネル型リチウムマンガン酸リチウム、もしくはリチウムリン酸鉄である請求項1ないし請求項6記載のリチウムイオン二次電池。
- 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池と、
前記リチウムイオン二次電池の電圧を測定する手段と、
前記電圧を測定する手段から得られる結果に基づいてSOCを算出する手段と、
前記SOCを算出する手段と、前記リチウムイオン二次電池の電圧を測定する手段から得られる電圧曲線の傾きを検知して充電または放電の終点を求めるリチウムイオン二次電池システム。 - 請求項8において、
前記電圧曲線の傾きは、前記電圧の変化と前記SOCの変化の微分値を基に判断するリチウムイオン二次電池システム。 - 請求項9において、
前記微分値は20mV/SOC以上であるリチウムイオン二次電池システム。
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