JP2017098235A - リチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち本発明は、略平板状に形成された正極集電体、正極集電体に電気的に接続する正極活物質層、略平板状に形成された負極集電体、負極集電体に電気的に接続する負極活物質層及び正極活物質層と負極活物質層との間に配置されたセパレータを有する積層体からなる単セルを有する発電要素が電池外装材に内包されたリチウムイオン電池であって、前記正極集電体の有する二つの最大平面のうち少なくとも一つの面の全部、及び又は前記負極集電体の有する二つの最大平面のうち少なくとも一つの面の全部が多孔性基材により被覆されてなるリチウムイオン電池である。
金属集電体の基材の形態は、薄板状、金属箔状及びメッシュ状のいずれであってもよく、金属集電体の基材の表面にスパッタリング、電着及び塗布等の手法により金属層を形成してもよい。
これらの導電助剤は1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。
また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン材料、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボン材料であり、さらに好ましくはカーボン材料である。また導電助剤としては、粒子状、繊維状及びこれらの凝集体のいずれの形状であってもよく、セラミック材料及び樹脂材料等からなる非導電性フィラーの周りに導電性を有する材料(上記した導電助剤の材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
前記電極スラリーに用いる溶媒としては、1−メチル−2−ピロリドン、メチルエチルケトン、DMF、ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン及びテトラヒドロフラン等が挙げられる。
なお、電極スラリーに添加される導電助剤は、前記被覆剤が含む導電助剤とは別に添加される導電助剤であり、前記被覆剤が含む導電助剤は被覆活物質粒子と一体に存在しているのに対し、電極スラリーに添加された導電助剤は被覆活物質粒子とは別に存在していることで区別することができる。
多孔性基材であるため、形状の変化に対して容易に追従でき、集電体が破損する程の応力がリチウムイオン電池にかかった場合でも多孔性基材まで破損することがなく、さらに集電体が破損した場合であっても、前記多孔性基材が電池外装材の内側にあるため、活物質が電池外装材の外側に漏出することがなく、電池の周囲の汚染を防止することができる。
また、織物に代えて導電性繊維からなる編物を用いてもよい。編物の編み方は特に限定されるものではなく、横編、縦編、丸編等で編まれた編物が使用可能である。
導電性繊維としては、炭素繊維(PAN系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維等)、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、合成繊維等の有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、合成繊維等の有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では金属繊維が好ましい。
導電性を有さない合成樹脂繊維としては、前記の樹脂集電体の基材として例示した導電性を有さない高分子材料から得られる繊維が挙げられ、なかでもポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)エポキシ樹脂及びポリシクロオレフィン(PCO)から得られる繊維が更に好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エポキシ樹脂及びポリメチルペンテン(PMP)から得られる繊維である。
導電性を有さないシート状樹脂フォームとしては、前記の導電化した樹脂フォームに用いられる基材等と同じものが挙げられる。
多孔性基材がシート状である場合の基材の厚さは、機械的強度等の観点から、10μm以上1000μm以下であることが好ましい。
なお、シート状である多孔性基材の厚さはレーザー膜厚計によって測定される。
開口率は、多孔性基材全体に対する開口部の面積の割合を意味し、上記の開口径及び線と線との間隔とから計算する方法又は多孔性基材を光学顕微鏡等によって拡大観察して単位面積中の開口部の面積を画像解析等により求める方法で得られる。
なお、多孔性基材の透気度はJIS規格P8117(紙及び板紙−透気度及び透気抵抗試験方法)によって測定される。
なお、多孔性基材の空隙率は以下の方法により算出される。
[空隙率の測定方法]
多孔性基材の断面を走査型電子顕微鏡及び光学顕微鏡等によって拡大測定し、得られた画像を画像解析装置によって2値化して視野に含まれる空隙部分の合計面積を求め、観察断面全体に対する空隙部分の合計面積の割合を計算し、その断面における空隙率を求めた。厚さ方向に断面を変えて少なくとも10断面について同様に測定を行い、測定した断面における空隙率の平均値を求めて多孔性基材の空隙率とする。
多孔性基材が、正極活物質層及び/又は負極活物質層の側面を被覆すると単電池の側面から活物質が剥離し、外部に漏洩することを防止でき好ましい。
多孔性基材が、電池外装材に最も近い正極集電体及び負極集電体が有する面の全部を被覆すると外部への活物質の漏出防止と使用する多孔性基材を減らすことに単位体積あたりの容量の向上とが両立できて好ましい。
カーボンナノファイバー[昭和電工(株)製]0.1部、コバルト酸リチウム5部及びエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを1:1の体積比で混合した混合溶液に1mol/Lの濃度でLiPF6を溶解して得た電解液0.9部を混錬機を用いて混合して正極活物質混合物を調整した。調整した正極活物質混合物をステンレス板の上に広げ、プレス機を用いて40MPaの圧力で正極活物質混合物を100mm×7mm×1mmの大きさに成型してリチウムイオン二次電池用正極を作製した。
次いで、黒鉛粉末[日本黒鉛工業(株)製]5部と前記の電解液1.66部とを混錬機を用いて混合して負極活物質混合物を調整した。得られた負極活物質混合物をステンレス板の上に広げ、プレス機を用いて40MPaの圧力で負極活物質混合物を100mm×7mm×1mmの大きさに成型してリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
次いで、100mm×7mmに切断したアルミニウム電解箔、100mm×7mmに切断したステンレス製金網(2300Mesh、線径:30μm、開口径:10μm、厚み:300μm)、作製したリチウムイオン二次電池用正極、130mm×20mmに切断したセパレー0タ(セルガード2500:ポリプロピレン製)、作製したリチウムイオン二次電池用負極、100mm×7mmに切断したステンレス製金網(2300Mesh、線径:30μm、開口径:10μm、厚み:300μm)及び100mm×7mmに切断した銅電解箔を順番に積層し、これをリチウムイオン電池用アルミラミネート箔で覆い、ヒートシーラーで三箇所を熱融着した後、真空封止機(TOSEI製TOSPACK V−307GII)を用いて真空度99%で熱融着封止して本発明のリチウムイオン電池を得た。
実施例1で得られた本発明のリチウムイオン電池の外装にカッターナイフで長さ10mmの切り込みを入れ、リチウムイオン電池の両端をそれぞれ右手と左手とを用いて保持し、合計100回の折り曲げ操作を行った。その後、切り込み部からの電極活物質が漏れているかどうかを目視で観察したが、電極活物質の漏洩は確認できなかった。
100mm×7mmに切断したステンレス製金網(2300Mesh、線径:30μm、開口径:10μm、厚み:300μm)を用いないこと以外は実施例1と同様に行い、比較用の本発明のリチウムイオン電池を得た。
Claims (5)
- 略平板状に形成された正極集電体、正極集電体に電気的に接続する正極活物質層、略平板状に形成された負極集電体、負極集電体に電気的に接続する負極活物質層及び正極活物質層と負極活物質層との間に配置されたセパレータを有する積層体からなる単セルを有する発電要素が電池外装材に内包されたリチウムイオン電池であって、
前記正極集電体の有する二つの最大平面のうち少なくとも一つの面の全部、及び/又は前記負極集電体の有する二つの最大平面のうち少なくとも一つの面の全部が多孔性基材により被覆されてなるリチウムイオン電池。 - 略平板状に形成された正極集電体、正極集電体に電気的に接続する正極活物質層、略平板状に形成された負極集電体、負極集電体に電気的に接続する負極活物質層及び正極活物質層と負極活物質層との間に配置されたセパレータを有する積積層体からなる単セルを有する発電要素が電池外装材に内包されたリチウムイオン電池であって、
前記正極集電体が有する最大平面であって正極電極活物質層と電気的に接続する面である正極集電体の第1面の全部、及び/又は負極集電体が有する面であって負極電極活物質層と電気的に接続する面である負極集電体の第1面の全部が多孔性基材により被覆されてなり、多孔性基材が導電性を有するメッシュ状基材であるリチウムイオン電池。 - 前記正極集電体の第1面の裏面である正極集電体の第2面の全部、及び/又は負極集電体の第1面の裏面である負極集電体の第2面の全部が多孔性基材により被覆されてなり、多孔性基材が絶縁性であるメッシュ状基材又は導電性を有するメッシュ状基材である請求項2に記載のリチウムイオン電池。
- 前記積層体の側面の一部であって前記正極活物質層の側面の少なくとも一部、及び/又は前記積層体の側面の一部であって前記負極活物質層の側面の少なくとも一部が多孔性基材により連続的に被覆されてなる請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン電池。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン電池であり、前記発電要素が二つ以上の単セルを直列に積層した積層セルを有し、多孔性基材により被覆される面を有する正極集電体及び/又は負極集電体が、発電要素が有する正極集電体及び負極集電体のうち、電池外装材に最も近い正極集電体及び/又は負極集電体であるリチウムイオン電池。
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