JP2018063777A - 活物質、非水電解質電池、電池パック及び車両 - Google Patents
活物質、非水電解質電池、電池パック及び車両 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】実施形態の活物質は、LiNixM1yO2あるいはLiMnuM2vO4(但し、M1は、Mn、Co、Al、Ti、Zr、Cr、V及びNbから選択される少なくとも一種の元素で、x+y=1、それぞれ、0<x≦1.0、0≦y≦1.0、M2は、Al、Mg、Ti、Zr、Cr、V及びNbから選択される少なくとも一種の元素で、u+v=2、それぞれ、0<u≦2.0、0≦v<2.0、である。)のいずれかを含む二次粒子を有する活物質であって、前記二次粒子は、内部に空隙を有し、前記空隙の大きさの分布が0.01μm以上0.1μm未満の範囲にピークを有する。
【選択図】図1
Description
また、実施形態の電池パックは、上記非水電解質電池を備える。
また、実施形態の車両は、上記電池パックを備える。
以下図面を参照して第1の実施形態にかかる活物質及び非水電解質電池について説明する。
本実施形態の正極は、正極集電体と、正極層とを含むことができる。正極層は、正極集電体の片面もしくは両面に形成され、活物質、導電剤および結着剤を含むことができる。
LiNixM1yO2 (1)
LiMnuM2vO4 (2)
上述した活物質は、正極のみならず負極にも使用することができる。
負極は、負極集電体と、この集電体の片面もしくは両面に形成され、活物質、導電剤および結着剤を含む負極層とを備える。
上述した活物質は、負極のみならず正極にも使用することができる。
正極と負極の間にはセパレータが配置される。セパレータとして、気孔率50%以上のポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのオレフィン系多孔質膜やセルロース繊維が好ましい。繊維径は10μm以下である不織布、フィルム、紙などの形態を挙げることができる。特に気孔率60%以上のセルロース繊維であると、電解質の含浸性が良く、低温から高温まで高い出力性能を出すことができる。より好ましい範囲は62%〜80%である。また、本実施形態の負極と組み合わせることにより、気孔率60%以上の範囲においても、長期充電保存、フロート充電、過充電においても負極と反応せず、またリチウム金属のデンドライ析出による正極と負極の短絡問題は発生しない。
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。また、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)を非水電解質として使用してもよい。前記高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。
正極、負極及び電解質が収容される外装容器には、金属製容器や、ラミネートフィルム製容器を使用することができる。
以下図面を参照して第2の実施形態にかかる電池パックについて説明する。この電池パックは、第1の実施形態に係る非水電解質電池を具備する。
第3の実施形態に係る車両は、第2の実施形態に係る電池パックを具備する。
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものでない。
[正極の作製]
正極活物質には、原料として、二酸化マンガン、炭酸リチウムを使用し、原子比でLi:Mnを1:2となるように秤量し、純水を加える。次に、ジルコニアボールを使ったボールミルにより湿式で3〜72時間粉砕及び混合してサブミクロン(0.2μm以上0.5μm程度)の粒径にする。この混合物を800℃で3時間、大気中で焼成することにより結晶性あるスピネルマンガン酸リチウムLiMn2O4の一次粒子を得る。得られた一次粒子の径は、およそ0.2μm以上5μm以下の範囲である。一次粒子が凝集するため中には二次粒子も存在する。
負極活物質には、Li2Na1.7Ti5.7Nb0.3O14(X=0.3)組成の斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物を用いた。前記酸化物は、原料としてTiO2と、Li2CO3とNa2CO3とNb(OH)5をLiとNaとTiとNbがモル比にて2:1.7:5.7:0.3となるように混合し作製した。このとき、原料を十分に粉砕、混合する。原料を粉砕、混合することで原料同士が反応しやすくなり、Li2Na1.7Ti5.7Nb0.3O14を合成する際に不純物の生成を抑制できる。
正極、厚さ25μmのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータ、負極及びもう一枚のセパレータをこの順序で積層して、積層体を得た。この積層体を、渦巻き状に捲回した。捲回体から巻芯を引き抜き、次いで捲回体を60℃で加熱プレスし、電極群を作製した。
まず、プロピレンカーボネート(PC)及びエチルメチルカーボネート(MEC)を1:2の体積比率で混合した。この混合物に、更に、重合用のモノマーとしてのメチルメタクリレート、及び架橋剤としてのエチレングリコールジメタクリレートを混合して、混合溶媒を得た。この混合溶媒に、電解質であるLiPF6を1Mの濃度で溶解することにより、液状非水電解質を調製した。
実施例2では、細孔を作製するための分散剤PVAのような水素、炭素及び酸素の化合物の分量を増して、LiMn2O4の二次粒子中の細孔のサイズを大きくした二次粒子を用いた。正極二次粒子中の細孔サイズの分布のピーク位置は、およそ1.5μmである。
実施例3では、正極活物質として、LiMn2O4に代わり、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2を用いた。
比較例1では、正極活物質として、実施例1と同様のLiMn2O4を用いたが、二次粒子中に細孔ができないように分散剤を殆ど加えないように調整した。これにより細孔サイズが0.01μm以下の分布となり、今回の断面SEM観察の分解能では殆ど細孔が確認されなかった。図7は、比較例1の断面SEM写真(×20000)を示す。二次粒子中に細孔が殆ど発生していないのが解る。
比較例2では、正極活物質として、実施例3と同様のLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2を用いた。また、二次粒子中に細孔ができないように分散剤等を殆ど加えないように調整した。比較例1と同様断面SEM観察では殆ど細孔が確認されなかった。これ以外の手順については、実施例3の非水電解質電池と同様の手順により作製した。
実施例1〜3及び比較例1〜2の非水電解質電池に1Cレートのサイクル試験を行った。
2 負極端子
3 正極
3a 正極集電体
3b 正極活物質含有層
4 負極
4a 負極集電体
4b 負極活物質含有層
5 セパレータ
6 捲回電極群
7 外装部材
21 単電池
22 組電池
23 粘着テープ
24 プリント配線基板
25 サーミスタ
26 保護回路
27 導電用端子
28 正極側配線
29 正極側コネクタ
30 負極側コネクタ
31 負極側配線
32 配線
33 保護ブロック
35 収納容器
36 蓋
41 自動車
42 電池パック
Claims (11)
- LiNixM1yO2あるいはLiMnuM2vO4(但し、M1は、Mn、Co、Al、Ti、Zr、Cr、V及びNbから選択される少なくとも一種の元素で、x+y=1、それぞれ、0<x≦1.0、0≦y≦1.0、M2は、Al、Mg、Ti、Zr、Cr、V及びNbから選択される少なくとも一種の元素で、u+v=2、それぞれ、0<u≦2.0、0≦v<2.0、である。
)のいずれかを含む二次粒子を有する活物質であって、
前記二次粒子は、内部に空隙を有し、前記空隙の大きさの分布が0.01μm以上0.1μm未満の範囲にピークを有する活物質。 - 前記二次粒子は、平均粒径が、0.2μm以上0.5μm以下である一次粒子を含む請求項1に記載の活物質。
- 請求項1または2に記載の活物質を含む正極と、
リチウムイオンを吸蔵する金属化合物を含む負極と、
非水電解質と、を備える非水電解質電池。 - 前記負極は、LixTiO2またはLi4/3+xTi5/3O4またはLi2Na2−xTi6−xNbxO14(0≦x≦2)の少なくとも1つの酸化物を含む請求項3に記載の非水電解質電池。
- 前記非水電解質は、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート及びポリエチレンオキサイドからなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項3又は4のいずれか1項に記載の非水電解質電池。
- 正極と、
請求項1または2に記載の活物質を含む負極と、
非水電解質と、を備える非水電解質電池。 - 請求項3乃至6のいずれか1項に記載の非水電解質電池を具備する電池パック。
- 通電用の外部端子と、
保護回路と
をさらに含む請求項7に記載の電池パック。 - 複数の前記非水電解質電池を具備し、前記非水電解質電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項7又は8に記載の電池パック。
- 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の電池パックを搭載した車両。
- エンジンルームを備え、前記電池パックが前記エンジンルームに配置される請求項10に記載の車両。
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Citations (3)
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JP2005158401A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-16 | Toyota Motor Corp | 正極活物質およびその製造方法ならびにリチウムイオン二次電池 |
JP2012234766A (ja) * | 2011-05-09 | 2012-11-29 | Sony Corp | リチウムイオン二次電池用活物質、リチウムイオン二次電池用電極、リチウムイオン二次電池、電子機器、電動工具、電動車両および電力貯蔵システム |
WO2015005180A1 (ja) * | 2013-07-10 | 2015-01-15 | 株式会社田中化学研究所 | リチウム二次電池用正極活物質、正極および二次電池 |
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