JP2016115656A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
例えば、下記特許文献1に記載されたリチウムイオン二次電池は、金属箔と、金属箔を覆う活物質層と、活物質層を覆う保護層と、を有する複数の電極を備えている。保護層は、デンドライトの成長に起因する電極間の短絡を抑制する。
For example, a lithium ion secondary battery described in
リチウムイオン二次電池では、リチウム塩が溶解した電解液が電極に含浸されており、リチウムイオンの移動によって充放電が行われる。従来のリチウムイオン二次電池では、電解液が、電極へ均一に含浸せず、電極におけるリチウム塩の濃度(塩濃度)にムラ(斑)が生じることがある。つまり、電極における塩濃度が不均一になることがある。ここで、塩濃度とは、例えば、電極の単位質量当たりのリチウム塩のモル数(単位:mol/g)である。塩濃度にムラがあると、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇し、出力が低下するおそれがある。 In a lithium ion secondary battery, an electrode is impregnated with an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved, and charging and discharging are performed by movement of lithium ions. In the conventional lithium ion secondary battery, the electrolyte solution does not uniformly impregnate the electrode, and the concentration (spot) of the lithium salt in the electrode (salt concentration) may be uneven. That is, the salt concentration at the electrode may be non-uniform. Here, the salt concentration is, for example, the number of moles of lithium salt per unit mass of the electrode (unit: mol / g). If the salt concentration is uneven, the internal resistance of the lithium ion secondary battery increases and the output may decrease.
そこで、本発明は、電極における塩濃度のムラを抑制できるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the lithium ion secondary battery which can suppress the nonuniformity of the salt concentration in an electrode.
本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池は、少なくとも一対の電極を備えるリチウムイオン二次電池であって、電極は、金属箔と、金属箔を覆う活物質層と、活物質層を覆う保護層と、を有し、活物質層及び保護層には、リチウム塩を含む電解液が含浸されており、保護層の空隙率が、56%以上84%以下である。 A lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention is a lithium ion secondary battery including at least a pair of electrodes, and the electrodes cover a metal foil, an active material layer covering the metal foil, and an active material layer. The active material layer and the protective layer are impregnated with an electrolytic solution containing a lithium salt, and the porosity of the protective layer is 56% to 84%.
このリチウムイオン二次電池では、保護層内の空隙に電解液が保持され易い。つまり、保護層内に空隙が形成されていることにより、電解液が電極全体へ均一に含浸され易い。その結果、塩濃度のムラが抑制される。保護層の空隙率が高いほど、電解液が電極内に保持され易いが、空隙率が高過ぎると、デンドライト等に起因する電極間の短絡を保護層によって抑制することが困難になる。したがって、塩濃度のムラ及び短絡の両方を抑制するために、保護層の空隙率は84%以下である。一方、保護層の空隙率が低いほど、電解液が電極に保持され難くなる。また、保護層のうち空隙以外の部分は絶縁体として作用するため、保護層の空隙率が低いほど、内部抵抗が上昇し、出力が低下する。したがって、塩濃度のムラ及び内部抵抗の両方を抑制するために、保護層の空隙率は56%以上である。 In this lithium ion secondary battery, the electrolyte is easily held in the voids in the protective layer. That is, since the voids are formed in the protective layer, the entire electrode is easily impregnated with the electrolyte. As a result, salt concentration unevenness is suppressed. The higher the porosity of the protective layer, the easier the electrolyte is retained in the electrode. However, if the porosity is too high, it becomes difficult to suppress short-circuiting between the electrodes due to dendrites or the like by the protective layer. Therefore, the porosity of the protective layer is 84% or less in order to suppress both the unevenness of the salt concentration and the short circuit. On the other hand, the lower the porosity of the protective layer, the harder the electrolyte is held on the electrode. Moreover, since parts other than a space | gap of a protective layer act as an insulator, internal resistance rises and output falls, so that the porosity of a protective layer is low. Therefore, the porosity of the protective layer is 56% or more in order to suppress both the salt concentration unevenness and the internal resistance.
本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池では、保護層の空隙率が、活物質層の空隙率よりも高くてもよい。この場合、電解液が電極全体に更に含浸され易くなり、塩濃度のムラが抑制され易い。 In the lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention, the porosity of the protective layer may be higher than the porosity of the active material layer. In this case, the entire electrolyte is more easily impregnated with the electrolyte, and uneven salt concentration is easily suppressed.
本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池では、保護層がセラミック粒子を含んでもよい。この場合、保護層の空隙率を好適な範囲内にし易い。 In the lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention, the protective layer may include ceramic particles. In this case, it is easy to make the porosity of the protective layer within a suitable range.
本発明によれば、電極における塩濃度のムラを抑制できるリチウムイオン二次電池を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery which can suppress the nonuniformity of the salt concentration in an electrode can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の構成要素については同一の符号を付す。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent component. The present invention is not limited to the following embodiments.
図1及び図2に示すように、リチウムイオン二次電池1は、ケース10と電極組立体20とを備えている。ケース10は、例えば略直方体状の筐体である。ケース10は、一方側において開口した本体部12と、本体部12の開口を塞ぐ蓋部14と、を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion
電極組立体20は、ケース10内に収容されている。電極組立体20は、複数の正極30及び複数の負極40と、一対の正極30と負極40との間に配置されたセパレータ50と、を有している。セパレータ50は、例えば微多孔膜であり、電解液を保持している。電解液は、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液である。ケース10の内部の空間は、電解液で満たされていてよい。
The
図3に示すように、正極30は、長方形状の正極用金属箔32と、正極用金属箔32の表面の全体を覆う正極活物質層34と、正極用活物質層34の表面の全体を覆う保護層36と、を有する。ただし、正極活物質層34は、正極用金属箔32の表面の一部のみを覆っていてもよい。正極活物質層34は、正極用金属箔32の両面を覆っている。ただし、正極活物質層34は、正極用金属箔32の片面のみを覆っていてもよい。また、保護層36は、正極活物質層34の表面の一部のみを覆っていてもよい。保護層36は、正極用金属箔32の両面に設けられた正極活物質層34のそれぞれの表面を覆っている。ただし、保護層36は、正極用金属箔32の両面に設けられた正極活物質層34のうち一方の表面のみを覆っていてもよい。
As shown in FIG. 3, the
負極40は、長方形状の負極用金属箔42と、負極用金属箔42の表面の全体を覆う負極活物質層44と、負極活物質層44の表面の全体を覆う保護層46と、を有する。ただし、負極活物質層44は、負極用金属箔42の表面の一部のみを覆っていてもよい。負極活物質層44は、負極用金属箔42の両面を覆っている。ただし、負極活物質層44は、負極用金属箔42の片面のみを覆っていてもよい。また、保護層46は、負極活物質層44の表面の一部のみを覆っていてもよい。保護層46は、負極用金属箔42の両面に設けられた負極活物質層44のそれぞれの表面を覆っている。保護層46は、負極用金属箔42の両面に設けられた負極活物質層44のうち一方の表面のみを覆っていてもよい。
The
セパレータ50は、正極30及び負極40の間に位置し、両極の接触(電流の短絡)を防止する。リチウムイオンは、セパレータ50を透過する。正極30の保護層36及び負極40の保護層46はそれぞれ、セパレータ50に対向している。
The
電解液の少なくとも一部は、正極活物質層34、保護層36、負極活物質層44、保護層46、及びセパレータ50の内部(空隙)に含浸される。
At least a part of the electrolytic solution is impregnated in the inside (void) of the positive electrode
正極用金属箔32の端部はタブ部32tである(図1参照)。タブ部32tには正極活物質層34及び保護層36が形成されていない。タブ部32tは、正極用リード37と電気的に接続されている。正極用リード37は、正極端子38と電気的に接続されている。正極端子38は、ケース10の蓋部14を貫通し、ケース10の内部及び外部にわたって延在している。すなわち、正極30は、正極用リード37を介して正極端子38に電気的に接続されている。蓋部14と正極端子38との間は、環状の絶縁部材60によって絶縁されている。
The end of the positive electrode metal foil 32 is a
負極用金属箔42の端部はタブ部42tである。タブ部42tには負極活物質層44及び保護層46が形成されていない。タブ部42tは、負極用リード47と電気的に接続されている。負極用リード47は、負極端子48と電気的に接続されている。負極端子48は、ケース10の蓋部14を貫通し、ケース10の内部及び外部にわたって延在している。すなわち、負極40は、負極用リード47を介して負極端子48に電気的に接続されている。蓋部14と負極端子48との間は、環状の絶縁部材60によって絶縁されている。
The end of the negative electrode metal foil 42 is a
正極用金属箔32は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、チタン及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。正極用金属箔32の厚みは、例えば、15〜20μmであってよい。 The positive electrode metal foil 32 may include at least one selected from the group consisting of aluminum, copper, stainless steel, titanium, and nickel, for example. The thickness of the positive electrode metal foil 32 may be, for example, 15 to 20 μm.
正極活物質層34は、粒子状の正極活物質を含む。正極活物質は、例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物(LiNixCoyMnzMaO2(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn及びCrより選ばれる一種類以上の元素である。))、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、又はオリビン型のLiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、B、Nb、Cu、Zn、Mo、Ca、Sr、W及びZrより選ばれる一種類以上の元素又はVOである。)であってよい。
The positive electrode
正極活物質層34の空隙率は、例えば27〜42%であってよい。正極活物質層34の空隙率は、例えば、以下の式1で表すことができる。
ε1={1−(M1/Va1)/(M1/Vt1)}×100 (1)
ε1は、正極活物質層34の空隙率である。M1は、正極活物質層34全体の質量(単位:g)である。Va1は、正極活物質層34の見かけの体積(単位:cm3)であって、正極活物質層34を構成する物質(固体)間の空間を含む体積である。つまり、Va1は、正極活物質層34内に形成された空隙の体積を含む。Vt1は、正極活物質層34を構成する物質(固体)自体の体積(単位:cm3)であって、正極活物質層34を構成する物質(固体)間の空隙を含まない体積である。M1/Va1は、正極活物質層34の見かけの密度(単位:g/cm3)である。M1/Vt1は、正極活物質層34の真密度(単位:g/cm3)である。正極活物質層34に含浸される電解液の体積は、Va1にもVt1にも含まれない。正極活物質層34に含浸される電解液の質量は、M1に含まれない。体積の単位は、cm3に限定されない。
The porosity of the positive electrode
ε1 = {1- (M1 / Va1) / (M1 / Vt1)} × 100 (1)
ε1 is the porosity of the positive electrode
正極活物質層34は、導電助剤を含んでよい。導電助剤は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)等の炭素系粒子であってよい。正極活物質層34における導電助剤の含有量は、例えば、100質量部の正極活物質11に対して、1〜30質量部であってよい。
The positive electrode
正極活物質層34は、バインダーを含んでよい。バインダーは、正極活物質層34に含まれる上記物質同士を結着させ、また正極活物質全体を正極用金属箔32の表面に結着させる。バインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、又はアルコキシシリノレ基含有樹脂であってよい。正極活物質層34におけるバインダーの含有量は、例えば、100質量部の正極活物質に対して、1〜30質量部であってよい。
The positive electrode
正極活物質層34の厚みは、例えば、40〜70μmであってよい。ただし、正極活物質層34の寸法は、上記の範囲に限定されない。
The thickness of the positive electrode
保護層36内に空隙が形成されている。保護層36は、例えばセラミック材料から形成されてよい。例えば、保護層36は、複数(多数)のセラミック粒子を含んでよく、セラミック粒子の間に空隙が形成されていてよい。粒子状の正極活物質及びセラミック粒子が正極活物質層34において均一に分散していてよい。セラミック粒子は、例えば、無機酸化物を含む粒子、又は無機酸化物からなる粒子であってよい。セラミック粒子は、多孔質であってよい。無機酸化物は、電池反応を阻害しない物質であればよい。電池反応とは、例えば、正極活物質におけるリチウム又はリチウムイオン(Li+)の吸蔵及び放出(インターカレーション)、又は、リチウム若しくはリチウムイオンとカウンターアニオン(電解液中の電解質)とに係る反応である。無機酸化物は、例えば、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Sc2O3、Y2O3、Bi2O3、La2O3、CeO2、Nd2O3及びSm2O3からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。保護層36は、正極活物質層34の場合と同様のバインダーを含んでよい。バインダーは、セラミック粒子同士を結着する。その結果、保護層36の形状及びその内部の空隙が維持され易い。
A void is formed in the
保護層36の空隙率は、56%以上84%以下である。保護層36の空隙率は、例えば、以下の式2で表すことができる。
ε2={1−(M2/Va2)/(M2/Vt2)}×100 (2)
ε2は、保護層36の空隙率である。M2は、保護層36全体の質量(単位:g)である。Va2は、保護層36の見かけの体積(単位:cm3)であって、保護層36を構成する物質(固体)間の空間を含む体積である。つまり、Va2は、保護層36内に形成された空隙の体積を含む。Vt2は、保護層36を構成する物質(固体)自体の体積(単位:cm3)であって、保護層36を構成する物質(固体)間の空隙を含まない体積である。M2/Va2は、保護層36の見かけの密度(単位:g/cm3)である。M2/Vt2は、保護層36の真密度(単位:g/cm3)である。保護層36に含浸される電解液の体積は、Va2にもVt2にも含まれない。保護層36に含浸される電解液の質量は、M2に含まれない。体積の単位は、cm3に限定されない。
The porosity of the
ε2 = {1− (M2 / Va2) / (M2 / Vt2)} × 100 (2)
ε2 is the porosity of the
例えば、保護層36がアルミナから形成されている場合、保護層36の真密度は、アルミナ自体の真密度と同様に、4.0g/cm3程度である。4.0g/cm3の真密度、及び0.65g/cm3の見かけ密度から算出される空隙率は、0.8375%である。4.0g/cm3の真密度、及び1.21g/cm3の見かけ密度から算出される空隙率は、0.6975%である。4.0g/cm3の真密度、及び1.77g/cm3の見かけ密度から算出される空隙率は、0.5575%である。なお、保護層36の空隙率が0.5575%の場合は、本発明の範囲内に含まれない。
For example, when the
リチウムイオン二次電池1では、保護層36内の空隙に電解液が保持され易い。つまり、保護層36内に空隙が形成されていることにより、電解液が正極30全体へ均一に含浸し易い。その結果、塩濃度のムラが抑制される。保護層36の空隙率が高いほど、電解液が正極30内に保持され易いが、空隙率が高過ぎると、デンドライト等に起因する正極30及び負極40間の短絡を保護層36によって抑制することが困難になる。したがって、保護層36の空隙率は、84%以下である。一方、保護層36の空隙率が低いほど、電解液が正極30に保持され難くなる。また、保護層36のうち空隙以外の部分は絶縁体として作用するため、保護層36の空隙率が低いほど、内部抵抗が上昇し、出力が低下する。したがって、塩濃度のムラ及び内部抵抗の両方を抑制するために、保護層36の空隙率は、56%以上である。なお、負極40の保護層46においても、正極30の保護層36と同様の上記効果が得られる。
In the lithium ion
保護層36の空隙率は、正極活物質層34の空隙率よりも高くてよい。この場合、電解液が正極30全体に更に含浸され易くなり、塩濃度のムラが抑制され易い。
The porosity of the
保護層36の厚みは、例えば、1〜15μmであってよい。保護層36が厚いほど、電解液が電極内に保持され易く、正極における塩濃度のムラが抑制される。しかし、保護層36が厚いほど電池の内部抵抗が上昇する。したがって、塩濃度のムラ及び内部抵抗を抑制するためには、保護層36の厚みは、上記範囲内とすることが好ましい。ただし、保護層36の厚みは、上記の範囲に限定されない。
The thickness of the
正極30の形成方法は、例えば、以下の通りであってよい。正極活物質、導電助剤、バインダー、及び溶媒を含むスラリーを正極用金属箔32の表面に塗布して、塗膜を正極用金属箔32の表面に形成する。この塗膜は、正極活物質層34の前駆体である。この塗膜を乾燥させた後、塗膜及び正極用金属箔32をプレスすることにより、表面が正極活物質層34によって覆われた正極用金属箔32が得られる。続いて、セラミック粒子及びバインダーを含むスラリーを正極活物質層34の表面に塗布して、塗膜を正極活物質層34の表面に形成する。この塗膜は、保護層36の前駆体である。この塗膜を乾燥させることにより、正極活物質層34上に保護層36が形成され、正極30が得られる。保護層36の形成時には、プレスは行わなくてよい。スラリー用の溶媒は、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メタノール、又はメチルイソブチルケトン(MIBK)であってよい。
The formation method of the
保護層36の形成に用いるスラリーの固形分率が高いほど、保護層36の密度が高くなり、保護層36の空隙率が低くなる。一方、スラリーの固形分率が低いほど、保護層36の密度が低くなり、保護層36の空隙率が高くなる。したがって、スラリーの固形分率によって保護層36の空隙率を制御することができる。例えば、スラリーの固形分率が40重量%であれば、保護層36の空隙率が35%となる。固形分率が37重量%であれば、空隙率が56%となる。固形分率が35重量%であれば、空隙率が70%となる。固形分率が33重量%であれば、空隙率が84%となる。保護層36の空隙率を56%以上84%以下とするためには、例えば、スラリーの固形分率を33重量%以上37重量%以下とすればよい。
The higher the solid content of the slurry used to form the
負極活物質層44は、正極活物質の代わりに負極活物質を含有すること以外は、正極活物質層34と同様であってよい。
The negative electrode
負極活物質は、例えば、リチウムを吸蔵して放出する炭素系材料、リチウムと合金化する元素、リチウムと合金化する元素を含む化合物、又は高分子材料であってよい。 The negative electrode active material may be, for example, a carbon-based material that absorbs and releases lithium, an element that forms an alloy with lithium, a compound that includes an element that forms an alloy with lithium, or a polymer material.
炭素系材料は、例えば、難黒鉛化性炭素、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、炭素繊維、活性炭又はカーボンブラック類であってよい。有機高分子化合物の焼成体とは、フェノール類又はフラン類等の高分子を焼成して炭素化したものをいう。 The carbon-based material may be, for example, non-graphitizable carbon, coke, graphite, glassy carbon, a fired body of an organic polymer compound, carbon fiber, activated carbon, or carbon black. The fired body of an organic polymer compound refers to a material obtained by firing and carbonizing a polymer such as phenols or furans.
リチウムと合金化する元素は、例えば、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、1n、Si、Ge、Sn、Pb、Sb及びBiからなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。 Elements that alloy with lithium include, for example, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, 1n, Si, Ge, It may be at least one selected from the group consisting of Sn, Pb, Sb and Bi.
リチウムと合金化する元素を含む化合物は、例えば、ZnLiAl、AlSb、SiB4、SiB6、Mg2Si、Mg2Sn、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≦2、又は0.5≦v≦1.5)、SnOw(0<w≦2)、SnSiO3、スズ合金(例えばCu−Sn合金又はCo−Sn合金)、LiSiO、及びLiSnOからなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。
Examples of the compound containing an element that forms an alloy with lithium include ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2,
高分子材料は、例えば、ポリアセチレン又はポリピロールであってよい。 The polymeric material can be, for example, polyacetylene or polypyrrole.
負極40の保護層46は、正極30の保護層36と同様であってよい。
The
負極用金属箔42は、例えば、銅を含んでよい。 The negative electrode metal foil 42 may contain copper, for example.
負極40の作製方法は、用いる活物質の組成が異なる以外は正極30と同様であってよい。
The manufacturing method of the
セパレータ50は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン若しくはポリエチレン等の合成樹脂から構成された多孔質膜、又はセラミックスから構成された多孔質膜であってよい。
The
電解液は、電解質と、電解質を溶解する溶媒とを含んでよい。電解液に含まれる電解質は、例えば、LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3又はLiN(CF3SO2)2等のリチウム塩であればよい。電解液の溶媒は、例えば、環状エステル類、鎖状エステル類又はエーテル類であればよい。環状エステルは、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、又はガンマバレロラクトンであってよい。鎖状エステル類は、例えば、メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、又は酢酸アルキルエステルであってよい。エーテル類は、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、又は1,2−ジブトキシエタンであってよい。電解液における電解質の濃度は、例えば、0.5〜1.7mol/Lであってよい。電解液は、ゲル化剤を含んでよい。 The electrolytic solution may include an electrolyte and a solvent that dissolves the electrolyte. The electrolyte contained in the electrolytic solution may be a lithium salt such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3, or LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . The solvent of the electrolytic solution may be, for example, a cyclic ester, a chain ester, or an ether. The cyclic ester may be, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, or gamma valerolactone. The chain esters may be, for example, methyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, or acetic acid alkyl ester. The ether may be, for example, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, or 1,2-dibutoxyethane. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution may be, for example, 0.5 to 1.7 mol / L. The electrolytic solution may contain a gelling agent.
ケース10は、例えば、樹脂又は金属から構成されていてよい。
The
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、正極30及び負極40の双方に保護層が形成されていたが、正極30及び負極40のうち一方のみに保護層が形成されていてよい。また、正極30及び負極40のうち一方の保護層の空隙率のみが56%以上84%以下であってよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the protective layer is formed on both the
以下では実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例)
[正極の作製]
正極活物質、導電助剤、バインダー、及び溶媒を混合して得られたスラリーを矩形状のアルミニウム箔上に塗布して、矩形状の塗膜を形成した。この塗膜を加熱して乾燥した。乾燥した塗膜をロールプレス機でプレスし、アルミニウム箔の表面を覆う正極活物質層を形成した。以上の工程により、アルミニウム箔及び正極活物質層を有する正極を得た。
(Example)
[Production of positive electrode]
A slurry obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and a solvent was applied onto a rectangular aluminum foil to form a rectangular coating film. This coating film was heated and dried. The dried coating film was pressed with a roll press to form a positive electrode active material layer covering the surface of the aluminum foil. Through the above steps, a positive electrode having an aluminum foil and a positive electrode active material layer was obtained.
正極活物質としては、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(いわゆるNCM523)を用いた。導電助剤としては、鱗片状黒鉛を用いた。バインダーとしては、ポリビニリデンフルオライドを用いた。溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた。 LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (so-called NCM523) was used as the positive electrode active material. As the conductive assistant, scaly graphite was used. As the binder, polyvinylidene fluoride was used. As a solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was used.
[負極の作製]
黒鉛粉末、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、及びイオン交換水を混合して得られたスラリーを矩形状の銅箔上に塗布して、矩形状の塗膜を形成した。この塗膜を乾燥させた後、塗膜をロールプレス機でプレスすることにより、銅箔の表面を覆う負極活物質層を形成した。セラミック粒子、上記バインダー、及び上記溶媒を含むスラリーを、負極活物質層上に塗布して、矩形上の塗膜を形成した。この塗膜を加熱して乾燥させることにより、負極活物質層の表面を覆う保護層を形成した。以上の工程により、銅箔、負極活物質層、及び保護層を有する負極を得た。セラミック粒子としては、アルミナを用いた。保護層の厚さは、6μmとした。保護層の空隙率は、70%に調整した。
[Production of negative electrode]
A slurry obtained by mixing graphite powder, carboxymethyl cellulose, styrene butadiene rubber, and ion-exchanged water was applied onto a rectangular copper foil to form a rectangular coating film. After drying this coating film, the negative electrode active material layer which covers the surface of copper foil was formed by pressing a coating film with a roll press. A slurry containing ceramic particles, the binder, and the solvent was applied onto the negative electrode active material layer to form a rectangular coating film. By heating and drying this coating film, a protective layer covering the surface of the negative electrode active material layer was formed. Through the above steps, a negative electrode having a copper foil, a negative electrode active material layer, and a protective layer was obtained. Alumina was used as the ceramic particles. The thickness of the protective layer was 6 μm. The porosity of the protective layer was adjusted to 70%.
[リチウムイオン二次電池の組み立て]
正極及び負極のタブ部にそれぞれリードを接続した。正極活物質層と負極の保護層とを対向させ、正極活物質層と負極の保護層との間にセパレータを介在させた。続いて、正極、負極、及びセパレータを積み重ねて、積層体(電極組立体)を作製した。セパレータとしては、ポリプロピレン多孔膜を用いた。電極組立体をケース内に収容した。電解液をケース内に注入した後、ケースを密封した。以上の工程を経て、リチウムイオン二次電池を得た。
[Assembly of lithium ion secondary battery]
Leads were connected to the tab portions of the positive electrode and the negative electrode, respectively. The positive electrode active material layer and the negative electrode protective layer were opposed to each other, and a separator was interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode protective layer. Subsequently, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were stacked to produce a laminate (electrode assembly). A polypropylene porous membrane was used as the separator. The electrode assembly was accommodated in the case. After injecting the electrolyte into the case, the case was sealed. Through the above steps, a lithium ion secondary battery was obtained.
電解液用の溶媒としては、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジメチルカーボネートの混合液を用いた。電解液用の電解質(リチウム塩)としては、LiPF6を用いた。 As a solvent for the electrolytic solution, a mixed solution of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate was used. LiPF 6 was used as the electrolyte (lithium salt) for the electrolytic solution.
[リチウムイオン二次電池の評価]
上記のリチウムイオン二次電池の負極を、図4に示すように、領域1〜9に仮想的に区分した。各領域1〜9は、同一の長方形状である。各領域1〜9におけるLiPF6濃度(mmol)を測定した。このLiPF6濃度の測定には、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析装置を用いた。各領域1〜9のLiPF6濃度を負極の質量で除することにより、各領域の単位質量当たりのLiPF6濃度(mmol/g)を算出した。各領域1〜9におけるLiPF6濃度の値、並びにそれらの標準偏差及び平均値を下記表1に示す。
[Evaluation of lithium ion secondary battery]
As shown in FIG. 4, the negative electrode of the lithium ion secondary battery was virtually divided into
(比較例1,2)
負極の保護層の空隙率を、比較例1では0%、比較例2では35%に調整したこと以外は、実施例と同様として、比較例1,2それぞれのリチウムイオン二次電池を作製した。実施例と同様の方法で、各比較例1,2のリチウムイオン二次電池を評価した。各比較例のリチウムイオン二次電池の評価結果を下記表1に示す。
(Comparative Examples 1 and 2)
Except that the porosity of the protective layer of the negative electrode was adjusted to 0% in Comparative Example 1 and 35% in Comparative Example 2, lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2 were prepared in the same manner as in the Example. . The lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2 were evaluated in the same manner as in the examples. The evaluation results of the lithium ion secondary battery of each comparative example are shown in Table 1 below.
表1に記載の各リチウムイオン二次電池の各領域1〜9におけるLiPF6濃度を、図5に示す。図5中の黒い三角形印は実施例を示しており、黒い正方形印は比較例1を示し、白い円形印は比較例2を示している。
FIG. 5 shows the LiPF 6 concentration in each
表1及び図5に示す実施例についての結果から、保護層の空隙率が70%である場合、標準偏差が小さく、塩濃度のムラが小さいことが確認された。比較例2についての結果から、保護層の空隙率が35%である場合、空隙率が70%である場合よりも標準偏差が大きく、塩濃度のムラが大きいことが確認された。比較例3についての結果から、保護層の空隙率が0%である場合、空隙率が35%である場合よりも標準偏差が更に大きく、塩濃度のムラが更に大きいことが確認された。すなわち、保護層の空隙率が増加するほど、塩濃度のムラを抑制する効果が高まることが確認された。 From the results for the examples shown in Table 1 and FIG. 5, it was confirmed that when the porosity of the protective layer was 70%, the standard deviation was small and the salt concentration unevenness was small. From the results for Comparative Example 2, it was confirmed that when the porosity of the protective layer was 35%, the standard deviation was larger and the salt concentration unevenness was larger than when the porosity was 70%. From the results for Comparative Example 3, it was confirmed that when the porosity of the protective layer was 0%, the standard deviation was larger and the salt concentration unevenness was even greater than when the porosity was 35%. That is, it was confirmed that the effect of suppressing the unevenness of the salt concentration increases as the porosity of the protective layer increases.
1…リチウムイオン二次電池、10…ケース、30…正極(電極)、32…正極用金属箔、34…正極活物質層、36…保護層、40…負極(電極)、42…負極用金属箔、44…負極活物質層、46…保護層、50…セパレータ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電極は、金属箔と、前記金属箔を覆う活物質層と、前記活物質層を覆う保護層と、を有し、
前記活物質層及び前記保護層には、リチウム塩を含む電解液が含浸されており、
前記保護層の空隙率が、56%以上84%以下である、リチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising at least a pair of electrodes,
The electrode has a metal foil, an active material layer covering the metal foil, and a protective layer covering the active material layer,
The active material layer and the protective layer are impregnated with an electrolyte solution containing a lithium salt,
The lithium ion secondary battery whose porosity of the said protective layer is 56% or more and 84% or less.
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- 2015-01-08 JP JP2015002228A patent/JP2016115656A/en active Pending
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