JP2016527681A - ケーブル型二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
内部集電体及び前記内部集電体の外面を囲んで形成された内部電極活物質層を備える内部電極;
前記内部電極の外面を囲んで、前記内部電極が内部に挿入されるように形成された分離層;
前記分離層の外面を囲んで、前記分離層が内部に挿入されるように形成された外部電極活物質構造体であって、多孔性ポリマー支持体、及び前記多孔性ポリマー支持体の上面及び下面の少なくとも1つの上に形成された外部電極活物質層を備える外部電極活物質構造体;並びに
前記外部電極活物質構造体を囲んで、前記外部電極活物質構造体が内部に挿入されるように形成された外部集電体を備える外部電極;を備えるケーブル型二次電池が提供される。
内部集電体及び前記内部集電体の外面を囲んで形成された内部電極活物質層を備え、互いに平行に配置された2以上の内部電極;
前記2以上の内部電極の外面を囲んで、前記内部電極が内部に挿入されるように形成された分離層;
前記分離層の外面を囲んで、前記分離層が内部に挿入されるように形成された外部電極活物質構造体であって、多孔性ポリマー支持体、及び前記多孔性ポリマー支持体の上面及び下面の少なくとも1つの上に形成された外部電極活物質層を備える外部電極活物質構造体;並びに
前記外部電極活物質構造体を囲んで、前記外部電極活物質構造体が内部に挿入されるように形成された外部集電体を備える外部電極;を備えるケーブル型二次電池が提供される。
内部集電体及び前記内部集電体の外面を囲んで形成された内部電極活物質層を備える内部電極;
前記内部電極の外面を囲んで、前記内部電極が内部に挿入されるように形成された分離層;
前記分離層の外面を囲んで、前記分離層が内部に挿入されるように形成された外部電極活物質構造体であって、多孔性ポリマー支持体、及び前記多孔性ポリマー支持体の上面及び下面の少なくとも1つの上に形成された外部電極活物質層を備える外部電極活物質構造体;並びに
前記外部電極活物質構造体を囲んで、前記外部電極活物質構造体が内部に挿入されるように形成された外部集電体を備える外部電極;を備えるケーブル型二次電池が提供される。
多孔性ポリマー支持体であるPET不織布の一面に、正極活物質としてLiCoO2、導電材としてデンカブラック及びバインダーとしてPVdFがそれぞれ80重量%、5重量%及び15重量%でNMP(N‐メチルピロリドン)溶媒に分散された正極活物質スラリーを塗布して乾燥させることで、正極活物質構造体を製造し、前記正極活物質構造体の上面に正極集電体としてAuやPtをスパッタリング法で形成してシート型の二次電池用正極を製造した。
上記のようにして製造されたシート型の二次電池用正極と、リチウムホイルからなる負極との間にセパレータとしてポリエチレン多孔性フィルムを介在して電極組立体を製造した。前記電極組立体を電池ケースに収納した後、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートルとが1:2の体積比で混合された非水溶媒に1M LiPF6が添加された電解液を注入してコイン型半電池を製造した。
(1)正極の製造
アルミニウムホイルであるシート型集電体の一面に、正極活物質としてLiCoO2、導電材としてデンカブラック及びバインダーとしてPVdFがそれぞれ80重量%、5重量%及び15重量%でNMP(N‐メチルピロリドン)溶媒に分散された正極活物質スラリーを塗布して乾燥させることで、正極を製造した。
上記のようにして製造された正極を使用したことを除き、実施例と同じ方法でコイン型半電池を製造した。
実施例と比較例で製造した正極を半分に折り畳んだ後、その様子を観察した。
実施例及び比較例で製造したコイン型半電池を用いて充放電特性を評価した。充電するときは、0.5Cの電流密度で4.25Vまで定電流充電した後、定電圧で4.25Vに一定に維持させ、電流密度が0.005Cになれば充電を終了した。放電するときは、0.5Cの電流密度で3.0Vまで定電流モードで放電を完了した。同じ条件で充放電を30回繰り返した。
1、110、210 内部集電体
2、120、220 内部電極活物質層
4、140、230 分離層
5、23、33、140、250 外部電極活物質構造体
6、150、240 外部集電体
7、160、260 保護被覆
11、21、31 多孔性ポリマー支持体
12、22、32 外部電極活物質層
24、34 内部電極/分離層電極組立体
30、40 外部電極活物質構造体が巻き取られた電極組立体
Claims (29)
- 内部集電体及び前記内部集電体の外面を囲んで形成された内部電極活物質層を備える内部電極と、
前記内部電極の外面を囲んで、前記内部電極が内部に挿入されるように形成された分離層と、
前記分離層の外面を囲んで、前記分離層が内部に挿入されるように形成された外部電極活物質構造体であって、多孔性ポリマー支持体、及び前記多孔性ポリマー支持体の上面及び下面の少なくとも1つの上に形成された外部電極活物質層を備える外部電極活物質構造体と、
前記外部電極活物質構造体を囲んで、前記外部電極活物質構造体が内部に挿入されるように形成された外部集電体を備える外部電極と、を備えるケーブル型二次電池。 - 前記内部集電体は、ワイヤ型集電体または開放構造の集電体である請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記開放構造の集電体は、内部に空間が形成されている中空型集電体またはメッシュ型集電体である請求項2に記載のケーブル型二次電池。
- 前記中空型集電体は、螺旋状に巻き取られた1つ以上のワイヤ型内部集電体、または螺旋状に巻き取られた1つ以上のシート型内部集電体を含む請求項3に記載のケーブル型二次電池。
- 前記中空型集電体は、互いに交差するように螺旋状に巻き取られた2つ以上のワイヤ型内部集電体を含む請求項4に記載のケーブル型二次電池。
- 前記中空型集電体の内部に形成されている空間に、内部電極集電体コア部、電解質を含むリチウムイオン供給コア部、または充填コア部が形成される請求項3に記載のケーブル型二次電池。
- 前記内部電極集電体コア部は、カーボンナノチューブ;ステンレススチール;アルミニウム;ニッケル;チタン;焼成炭素;銅;カーボン、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたステンレススチール;アルミニウム‐カドミウム合金;導電材で表面処理された非伝導性高分子;または伝導性高分子から形成された請求項6に記載のケーブル型二次電池。
- 前記リチウムイオン供給コア部は、ゲルポリマー電解質及び支持体を含む請求項6に記載のケーブル型二次電池。
- 前記リチウムイオン供給コア部は、液体ポリマー電解質及び多孔性担体を含む請求項6に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質は、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルホルメート(MF)、γ‐ブチロラクトン(γ‐BL)、スルホラン、メチルアセテート(MA)またはメチルプロピオネート(MP)を使用した非水電解液;ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデン‐ヘキサフルオロプロピレン(PVdF‐HFP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアクリロニトリル(PAN)またはポリビニルアセテート(PVAc)を使用したゲル高分子電解質;及びPEO、ポリプロピレンオキサイド(PPO)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリエチレンスルファイド(PES)またはPVAcを使用した固体電解質;から選択された電解質を含む請求項6に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質は、リチウム塩をさらに含む請求項6に記載のケーブル型二次電池。
- 前記リチウム塩は、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、クロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム及びテトラフェニルホウ酸リチウムからなる群より選択されたいずれか1つ又はそのうち2種以上の混合物である請求項11に記載のケーブル型二次電池。
- 前記充填コア部は、ワイヤ、繊維、粉末、メッシュまたは発泡体の形状を有する高分子樹脂、ゴムまたは無機物を含む請求項6に記載のケーブル型二次電池。
- 前記内部集電体は、ステンレススチール;アルミニウム;ニッケル;チタン;焼成炭素;銅;カーボン、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたステンレススチール;アルミニウム‐カドミウム合金;導電材で表面処理された非伝導性高分子;または伝導性高分子から形成された請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記導電材は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ窒化硫黄、インジウムスズ酸化物(ITO、Indium Tin Oxide)、銀、パラジウム及びニッケルから選択された1種または2種以上の混合物である請求項14に記載のケーブル型二次電池。
- 前記伝導性高分子は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン及びポリ窒化硫黄から選択された1種の化合物または2種以上の混合物である高分子である請求項14に記載のケーブル型二次電池。
- 前記多孔性ポリマー支持体は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド及びポリエチレンナフタレンからなる群より選択されたポリマーから形成された多孔性基材または不織布である請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記多孔性基材は、平均直径が10ないし200μmである緯糸と経糸とが上下に交差して製織された多孔性製織体である請求項17に記載のケーブル型二次電池。
- 前記多孔性ポリマー支持体は、前記分離層の外面に斜線方向に巻き取られるか、またはパイプ形態に一回で巻き取られている請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部集電体は、パイプ型集電体、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型集電体、またはメッシュ型集電体である請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部集電体は、ステンレススチール;アルミニウム;ニッケル;チタン;焼成炭素;銅;カーボン、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたステンレススチール;アルミニウム‐カドミウム合金;導電材で表面処理された非伝導性高分子;伝導性高分子;Ni、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、BaもしくはITOである金属粉末を含む金属ペースト;または黒鉛、カーボンブラックもしくは炭素ナノチューブである炭素粉末を含む炭素ペースト;から形成された請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記内部電極は負極または正極であり、前記外部電極は前記内部電極と対をなす正極または負極である請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記分離層は、電解質層またはセパレータである請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質層は、PEO、PVdF、PVdF‐HFP、PMMA、PANもしくはPVAcを使用したゲル高分子電解質;またはPEO、PPO、PEI、PESもしくはPVAcを使用した固体電解質;を含む請求項23に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質層は、リチウム塩をさらに含む請求項23に記載のケーブル型二次電池。
- 内部集電体及び前記内部集電体の外面を囲んで形成された内部電極活物質層を備え、互いに平行に配置された2以上の内部電極と、
前記2以上の内部電極の外面を囲んで、前記内部電極が内部に挿入されるように形成された分離層と、
前記分離層の外面を囲んで、前記分離層が内部に挿入されるように形成された外部電極活物質構造体であって、多孔性ポリマー支持体、及び前記多孔性ポリマー支持体の上面及び下面の少なくとも1つの上に形成された外部電極活物質層を備える外部電極活物質構造体と、
前記外部電極活物質構造体を囲んで、前記外部電極活物質構造体が内部に挿入されるように形成された外部集電体を備える外部電極と、を備えるケーブル型二次電池。 - 前記内部集電体は、ワイヤ型集電体または開放構造の集電体である請求項26に記載のケーブル型二次電池。
- 前記開放構造の集電体は、内部に空間が形成されている中空型集電体またはメッシュ型集電体である請求項27に記載のケーブル型二次電池。
- 前記中空型集電体は、螺旋状に巻き取られた1つ以上のワイヤ型内部集電体、または螺旋状に巻き取られた1つ以上のシート型内部集電体を含む請求項28に記載のケーブル型二次電池。
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