JP2019071194A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は非水電解液二次電池に関する。 The present disclosure relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
特開2000−123866号公報(特許文献1)は、熱硬化性樹脂組成物を含有する電解液を開示している。 Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-123866 (patent document 1) is disclosing the electrolyte solution containing a thermosetting resin composition.
電解液が熱硬化性樹脂組成物を含有することにより、短絡発生時、短絡電流によるジュール熱によって熱硬化性樹脂組成物が重合し得る。これによりリチウムイオンの拡散が阻害され得る。すなわち短絡電流の抑制が期待される。 When the electrolytic solution contains a thermosetting resin composition, the thermosetting resin composition may be polymerized by Joule heat due to a short circuit current when a short circuit occurs. This may inhibit the diffusion of lithium ions. That is, suppression of the short circuit current is expected.
しかし重合のトリガーが熱であるため、短絡状態がある程度持続することにより、ジュール熱によって電解液の温度が上昇した後でなければ、短絡電流の抑制効果が得られない可能性もある。 However, since the trigger of the polymerization is heat, the short circuit state may be sustained to some extent, so that the suppression effect of the short circuit current may not be obtained unless the temperature of the electrolyte is increased by Joule heat.
本開示の目的は、短絡発生後、速やかに短絡電流を抑制することである。 An object of the present disclosure is to suppress a short circuit current promptly after the occurrence of a short circuit.
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。 Hereinafter, technical configurations and effects of the present disclosure will be described. However, the mechanism of action of the present disclosure includes presumption. The scope of the claims should not be limited by the correctness of the mechanism of action.
非水電解液二次電池は、正極、負極、電解液および被覆粒子を少なくとも含む。被覆粒子は電解液中に分散している。被覆粒子はコア粒子およびシェル層を含む。コア粒子は強磁性体を含む。シェル層はコア粒子の表面を被覆している。シェル層は絶縁体を含む。電解液および被覆粒子の合計に対する、被覆粒子の比率は3体積%以上15体積%以下である。コア粒子は50nm以上2000nm以下の平均粒子径を有する。 The non-aqueous electrolyte secondary battery includes at least a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and coated particles. The coated particles are dispersed in the electrolyte. The coated particles comprise core particles and a shell layer. The core particle comprises a ferromagnetic material. The shell layer covers the surface of the core particle. The shell layer comprises an insulator. The ratio of the coated particles to the total of the electrolytic solution and the coated particles is 3% by volume or more and 15% by volume or less. The core particles have an average particle size of 50 nm or more and 2000 nm or less.
図1は、本開示の作用メカニズムを説明するための概念図である。
たとえば、釘のような導電性異物20により、正極110と負極120とが短絡することが考えられる。これにより短絡電流(I)が発生する。短絡電流(I)の発生と同時に、短絡電流(I)による磁界(H)が発生すると考えられる。磁界(H)は、アンペールの法則に従って、短絡電流(I)の周りに渦状に発生すると考えられる。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the action mechanism of the present disclosure.
For example, it is conceivable that the conductive
被覆粒子10は電解液中に分散している。被覆粒子10は、電解液と共に、正極110および負極120の内部の空隙にも浸透している。被覆粒子10はコアシェル構造を有する。すなわち被覆粒子10はコア粒子11およびシェル層12を含む。コア粒子11は強磁性体を含む。被覆粒子10は渦状の磁界に応答し、短絡電流の周囲に集まると考えられる。その結果、短絡部位(すなわち導電性異物20)に被覆粒子10が付着することが期待される。シェル層12は絶縁体を含む。したがって導電性異物20に被覆粒子10が付着することにより、導電性異物20の表面が絶縁体により被覆されることになる。これにより導電性異物20を通じて電流が流れることが阻害され得る。すなわち短絡電流の抑制が期待される。
The coated
被覆粒子10の移動開始のトリガーは磁界である。前述のように磁界は、短絡電流の発生と同時に発生すると考えられる。したがって本開示の非水電解液二次電池では、短絡発生後、速やかに短絡電流が抑制されることが期待される。
The trigger for starting the movement of the coated
ただし電解液および被覆粒子10の合計に対する、被覆粒子10の比率は3体積%以上15体積%以下である。同比率が3体積%未満であると、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。被覆粒子10が少ないため、導電性異物20の表面を十分被覆できないと考えられる。同比率が15体積%を超えても、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。電解液および被覆粒子10全体の流動性が低下するため、被覆粒子10の磁界への応答が鈍化すると考えられる。同比率が15体積%を超えると、抵抗の増加幅が大きい傾向もある。
However, the ratio of the coated
さらにコア粒子11は50nm以上2000nm以下の平均粒子径を有する。平均粒子径が50nm未満であると、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。被覆粒子10が過度に小さいため、導電性異物20の表面を十分被覆できないと考えられる。平均粒子径が2000nmを超えても、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。被覆粒子10が過度に大きいため、磁界への応答が鈍化していると考えられる。
Furthermore, the
以下、本開示の実施形態(本明細書では「本実施形態」と記される)が説明される。ただし以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。たとえば本実施形態では、非水電解液二次電池の一例として「リチウムイオン二次電池」が説明される。ただし非水電解液二次電池はリチウムイオン二次電池に限定されるべきではない。本実施形態の非水電解液二次電池は、たとえば「ナトリウムイオン二次電池」等であってもよい。以下「非水電解液二次電池」が「電池」と略記される場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure (referred to herein as “the embodiments”) will be described. However, the following description does not limit the scope of the claims. For example, in the present embodiment, a “lithium ion secondary battery” is described as an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery. However, the non-aqueous electrolyte secondary battery should not be limited to the lithium ion secondary battery. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment may be, for example, a "sodium ion secondary battery" or the like. Hereinafter, "non-aqueous electrolyte secondary battery" may be abbreviated as "battery".
<非水電解液二次電池>
図2は、本実施形態の非水電解液二次電池の構成の一例を示す概略図である。
電池100はケース190を含む。ケース190は角形(扁平直方体)である。もちろんケースは円筒形であってもよい。ケース190は容器191および蓋192を含む。蓋192は、たとえばレーザ溶接により容器191と接合されている。ケース190は密閉されている。ケース190は、たとえばアルミニウム(Al)合金製等であってもよい。ケースが密閉され得る限り、ケースは、たとえばAlラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。すなわち電池はラミネート型電池であってもよい。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery>
FIG. 2 is a schematic view showing an example of the configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment.
蓋192には、外部端子193が設けられている。蓋192には、たとえば、注液孔、電流遮断機構(CID)、ガス排出弁等が設けられていてもよい。
The
ケース190は、電極群150および電解液を収納している。図2中の一点鎖線は電解液の液面を示している。電解液は電極群150内の空隙にも存在している。電解液中には、被覆粒子10(図1)が分散している。本実施形態では、短絡発生時、被覆粒子10が磁界に応答することにより、短絡電流が抑制されることが期待される。
The
《電解液》
電解液は非水電解液である。すなわち電解液は非プロトン性溶媒および支持塩を含む。非プロトン性溶媒は特に限定されるべきではない。非プロトン性溶媒は、たとえば、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを含んでもよい。環状カーボネートおよび鎖状カーボネートの混合比は、たとえば「環状カーボネート/鎖状カーボネート=1/9〜5/5(体積比)」であってもよい。
<< Electrolyte solution >>
The electrolyte is a non-aqueous electrolyte. That is, the electrolyte contains an aprotic solvent and a support salt. The aprotic solvent should not be particularly limited. Aprotic solvents may, for example, comprise cyclic carbonates and linear carbonates. The mixing ratio of the cyclic carbonate and the linear carbonate may be, for example, “cyclic carbonate / linear carbonate = 1/9 to 5/5 (volume ratio)”.
環状カーボネートは、たとえば、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)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等であってもよい。1種の環状カーボネートが単独で使用されてもよい。2種以上の環状カーボネートが組み合わされて使用されてもよい。 The cyclic carbonate may be, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), fluoroethylene carbonate (FEC) or the like. One cyclic carbonate may be used alone. Two or more cyclic carbonates may be used in combination.
鎖状カーボネートは、たとえば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等であってもよい。1種の鎖状カーボネートが単独で使用されてもよい。2種以上の鎖状カーボネートが組み合わされて使用されてもよい。 The linear carbonate may be, for example, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC) or the like. One type of linear carbonate may be used alone. Two or more linear carbonates may be used in combination.
非プロトン性溶媒は、たとえば、ラクトン、環状エーテル、鎖状エーテル、カルボン酸エステル等を含んでもよい。ラクトンは、たとえば、γ−ブチロラクトン(GBL)、δ−バレロラクトン等であってもよい。環状エーテルは、たとえば、テトラヒドロフラン(THF)、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン等であってもよい。鎖状エーテルは、1,2−ジメトキシエタン(DME)等であってもよい。カルボン酸エステルは、たとえば、メチルホルメート(MF)、メチルアセテート(MA)、メチルプロピオネート(MP)等であってもよい。 Aprotic solvents may include, for example, lactones, cyclic ethers, linear ethers, carboxylic esters, and the like. The lactone may be, for example, γ-butyrolactone (GBL), δ-valerolactone or the like. The cyclic ether may be, for example, tetrahydrofuran (THF), 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane and the like. The chain ether may be 1,2-dimethoxyethane (DME) or the like. The carboxylic acid ester may be, for example, methyl formate (MF), methyl acetate (MA), methyl propionate (MP) and the like.
電解液は、たとえば0.5mоl/l以上2mоl/l以下の支持塩を含んでもよい。支持塩は、たとえばLiPF6、LiBF4、Li[N(FSO2)2]、Li[N(CF3SO2)2]等であってもよい。1種の支持塩が単独で使用されてもよい。2種以上の支持塩が組み合わされて使用されてもよい。 The electrolytic solution may contain, for example, a supporting salt of 0.5 mol / l or more and 2 mol / l or less. The supporting salt may be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , Li [N (FSO 2 ) 2 ], Li [N (CF 3 SO 2 ) 2 ] or the like. One type of supporting salt may be used alone. Two or more types of supporting salts may be used in combination.
電解液は、非プロトン性溶媒および支持塩に加えて、各種の機能性添加剤をさらに含んでもよい。電解液は、たとえば1質量%以上5質量%以下の機能性添加剤を含んでもよい。機能性添加剤としては、たとえば、ガス発生剤(いわゆる過充電添加剤)、SEI(solid electrolyte interface)膜形成剤等が挙げられる。ガス発生剤は、たとえば、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、ビフェニル(BP)等であってもよい。SEI膜形成剤は、たとえば、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、Li[B(C2O4)2]、LiPO2F2、プロパンサルトン(PS)、エチレンサルファイト(ES)等であってもよい。1種の機能性添加剤が単独で使用されてもよい。2種以上の機能性添加剤が組み合わされて使用されてもよい。 The electrolyte may further include various functional additives in addition to the aprotic solvent and the support salt. The electrolytic solution may contain, for example, 1% by mass or more and 5% by mass or less of the functional additive. Examples of the functional additive include gas generating agents (so-called overcharge additives), solid electrolyte interface (SEI) film forming agents, and the like. The gas generating agent may be, for example, cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP) or the like. Examples of SEI film forming agents include vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), Li [B (C 2 O 4 ) 2 ], LiPO 2 F 2 , propanesultone (PS), ethylene sulfite (ES) Or the like. One functional additive may be used alone. Two or more functional additives may be used in combination.
《被覆粒子》
被覆粒子10はコア粒子11およびシェル層12を含む(図1)。被覆粒子10は電解液中に分散している。被覆粒子10は電解液と共に、正極110および負極120内の空隙にも浸透し得る。そのため被覆粒子10が少量であっても、短絡電流の抑制効果が得られることが期待される。
<< Coated particle >>
The
電解液および被覆粒子10の合計に対する、被覆粒子10の比率は3体積%以上15体積%以下である。同比率が3体積%未満であると、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。被覆粒子10が少ないため、導電性異物20の表面を十分被覆できないと考えられる。同比率が15体積%を超えても、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。電解液および被覆粒子10全体の流動性が低下するため、被覆粒子10の磁界への応答が鈍化すると考えられる。同比率が15体積%を超えると、抵抗の増加幅が大きい傾向もある。同比率は、たとえば5体積%以上であってもよい。同比率は、たとえば10体積%以下であってもよい。該範囲において短絡電流の抑制効果が大きいことが期待される。
The ratio of the
(コア粒子)
コア粒子11は被覆粒子10に磁性を付与する。すなわちコア粒子11は強磁性体を含む。コア粒子11は実質的に強磁性体のみから形成されていてもよい。「強磁性体」は、磁性原子または金属の自由電子が、正の交換相互作用によって磁気モーメントを平行に整列させることにより、自発磁化を形成している物質を示す。強磁性体は磁界に引き寄せられる。そのため本実施形態では、短絡発生時、被覆粒子10が短絡部位に引き寄せられ、短絡部位に付着すると考えられる。本実施形態では、たとえば数ミリ秒程度で被覆粒子10が短絡部位に付着することが期待される。
(Core particle)
The
強磁性体は、たとえば、鉄、マグネタイト、フェライト、窒化鉄等であってもよい。1種の強磁性体が単独で使用されてもよい。2種以上の強磁性体が組み合わされて使用されてもよい。すなわち強磁性体は、たとえば、鉄、マグネタイト、フェライトおよび窒化鉄からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。強磁性体は、たとえば鉄およびマグネタイトからなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。 The ferromagnetic material may be, for example, iron, magnetite, ferrite, iron nitride or the like. One ferromagnetic substance may be used alone. Two or more ferromagnetic substances may be used in combination. That is, the ferromagnetic material may be, for example, at least one selected from the group consisting of iron, magnetite, ferrite and iron nitride. The ferromagnetic material may be, for example, at least one selected from the group consisting of iron and magnetite.
コア粒子11は50nm以上2000nm以下の平均粒子径を有する。「平均粒子径」は、散乱光強度基準による調和平均粒子径(直径)を示す。平均粒子径が50nm未満であると、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。被覆粒子10が過度に小さいため、導電性異物20の表面を十分被覆できないと考えられる。平均粒子径が2000nmを超えても、短絡電流の抑制効果が小さい傾向がある。被覆粒子10が過度に大きいため、磁界への応答が鈍化していると考えられる。コア粒子11は、たとえば100nm以上の平均粒子径を有してもよい。コア粒子11は、たとえば1000nm以下の平均粒子径を有してもよい。該範囲において、短絡電流の抑制効果が大きいことが期待される。
The
(シェル層)
シェル層12はコア粒子11の表面を被覆している。シェル層12は被覆粒子10に絶縁性を付与する。すなわちシェル層12は絶縁体を含む。シェル層12は絶縁体のみから形成されていてもよい。シェル層12が絶縁体を含むため、被覆粒子10が短絡部位に付着することにより、短絡部位が高抵抗化され得る。
(Shell layer)
The
シェル層12はコア粒子11の表面全体を被覆していることが望ましい。ただし短絡部位が高抵抗化し得る限り、コア粒子11の表面の一部にシェル層12によって被覆されていない部分があってもよい。
The
本実施形態の絶縁体は、たとえば106Ω・m以上の抵抗率を有してもよい。絶縁体は、たとえば1010Ω・m以上1020Ω・m以下の抵抗率を有してもよい。絶縁体は有機物であってもよい。シェル層12は、たとえば、シランカップリング剤、界面活性剤等によりコア粒子11が表面処理されることにより形成されてもよい。すなわちシェル層12はシリル化合物を含んでもよい。シリル化合物はシリル基を有する化合物を示す。
The insulator of the present embodiment may have, for example, a resistivity of 10 6 Ω · m or more. The insulator may have a resistivity of, for example, 10 10 Ω · m or more and 10 20 Ω · m or less. The insulator may be organic. The
絶縁体は無機物であってもよい。シェル層12は、たとえば、セラミック粒子がコア粒子11の表面に付着することにより形成されてもよい。セラミック粒子は、たとえば、シリカ、チタニア、アルミナ等であってもよい。シェル層12は、たとえば1nm以上10nm以下の厚さを有してもよい。
The insulator may be inorganic. The
《電極群》
図3は、本実施形態の電極群の構成の一例を示す概略図である。
電極群150は巻回型である。すなわち電極群150は、正極110、セパレータ130、負極120およびセパレータ130がこの順序で積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回されることにより形成されている。もちろん電極群は積層(スタック)型であってもよい。スタック型の電極群は、正極および負極が交互に積層されることにより形成され得る。各電極間には、それぞれセパレータが配置される。
<< Electrode group >>
FIG. 3 is a schematic view showing an example of the configuration of the electrode group of the present embodiment.
The
《正極》
図4は、本実施形態の正極の構成の一例を示す概略図である。
本実施形態の正極110は帯状のシートである。正極110は、正極集電体111および正極合材層112を含む。正極集電体111は、たとえばAl箔等であってもよい。正極集電体111は、たとえば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
<< positive electrode >>
FIG. 4 is a schematic view showing an example of the configuration of the positive electrode of the present embodiment.
The
本実施形態において各構成の厚さは、たとえばマイクロメータ等により測定され得る。各構成の厚さは、各構成の断面顕微鏡画像等において測定されてもよい。厚さは、少なくとも3箇所で測定され得る。3箇所の厚さの算術平均が測定結果として採用され得る。測定個所の間隔は略均等であることが望ましい。 In the present embodiment, the thickness of each component can be measured, for example, by a micrometer or the like. The thickness of each component may be measured in a cross-sectional microscope image or the like of each component. Thickness can be measured in at least three places. An arithmetic mean of three thicknesses may be taken as the measurement result. It is desirable that the intervals between measurement points be approximately equal.
正極合材層112は、正極集電体111の表面に形成されている。正極合材層112は、正極集電体111の表裏両面に形成されていてもよい。正極合材層112は、たとえば10μm以上200μm以下の厚さを有してもよい。図4のx軸方向において、正極集電体111が正極合材層112よりも外側に突出した部分は、外部端子193との接続に利用され得る。
The positive
正極合材層112は正極活物質を少なくとも含む。正極合材層112は、たとえば、正極活物質、導電材およびバインダを含んでもよい。正極活物質は特に限定されるべきではない。正極活物質は、たとえば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(Ni,Co,Mn)O2〔たとえばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等〕、Li(Ni,Co,Al)O2〔たとえばLiNi0.82Co0.15Al0.03O2等〕、LiFePO4等であってもよい。1種の正極活物質が単独で使用されてもよい。2種以上の正極活物質が組み合わされて使用されてもよい。
The positive
導電材は、100質量部の正極活物質に対して、たとえば1質量部以上20質量部以下であってもよい。導電材は特に限定されるべきではない。導電材は、たとえばアセチレンブラック(AB)等であってもよい。バインダは、100質量部の正極活物質に対して、たとえば0.5質量部以上5質量部以下であってもよい。バインダは特に限定されるべきではない。バインダは、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等であってもよい。 The conductive material may be, for example, 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. The conductive material should not be particularly limited. The conductive material may be, for example, acetylene black (AB) or the like. The binder may be, for example, 0.5 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. The binder should not be particularly limited. The binder may be, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF) or the like.
《負極》
図5は、本実施形態の負極の構成の一例を示す概略図である。
本実施形態の負極120は帯状のシートである。負極120は、負極集電体121および負極合材層122を含む。負極集電体121は、たとえば銅(Cu)箔等であってもよい。負極集電体121は、たとえば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。負極合材層122は、負極集電体121の表面に形成されている。負極合材層122は、負極集電体121の表裏両面に形成されていてもよい。負極合材層122は、たとえば10μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。図5のx軸方向において、負極集電体121が負極合材層122よりも外側に突出した部分は、外部端子193との接続に利用され得る。
<< negative electrode >>
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the configuration of the negative electrode of the present embodiment.
The
負極合材層122は負極活物質を少なくとも含む。負極合材層122は、たとえば、負極活物質およびバインダを含んでもよい。負極活物質は特に限定されるべきではない。負極活物質は、たとえば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、酸化珪素、珪素基合金、錫、酸化錫、錫基合金等であってもよい。1種の負極活物質が単独で使用されてもよい。2種以上の負極活物質が組み合わされて使用されてもよい。バインダは、100質量部の負極活物質に対して、たとえば0.5質量部以上10質量部以下であってもよい。バインダは特に限定されるべきではない。バインダは、たとえば、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびスチレンブタジエンゴム(SBR)等であってもよい。
The negative
《セパレータ》
本実施形態のセパレータ130は帯状のシートである。セパレータ130は、たとえば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。セパレータ130は多孔質である。セパレータ130は絶縁体である。セパレータ130は、たとえば、ポリエチレン(PE)製、ポリプロピレン(PP)製等であってもよい。
«Separator»
The
セパレータ130は、たとえば単層構造を有してもよい。セパレータ130は、たとえばPE製の多孔質シートのみから形成されていてもよい。セパレータ130は、たとえば多層構造を有してもよい。セパレータ130は、たとえば、PP製の多孔質シート、PE製の多孔質シートおよびPP製の多孔質シートがこの順序で積層されることにより形成されていてもよい。
The
セパレータ130の表面に耐熱層が形成されていてもよい。耐熱層は、たとえば1μm以上8μm以下の厚さを有してもよい。耐熱層は耐熱材料を含む。耐熱材料は、たとえばアルミナ等であってもよい。
A heat resistant layer may be formed on the surface of the
以下、本開示の実施例が説明される。ただし以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, examples of the present disclosure will be described. However, the following description does not limit the scope of the claims.
<実施例1>
《被覆粒子の準備》
鉄粒子(平均粒子径 100nm)が準備された。鉄粒子は実質的に鉄(強磁性体)のみから形成されるコア粒子11である。シランカップリング剤により、鉄粒子に表面処理が施された。これによりコア粒子11(鉄粒子)を被覆するシェル層12が形成された。すなわち被覆粒子10が形成された。シェル層12はシリル化合物を含むと考えられる。
Example 1
<< Preparation of coated particles >>
Iron particles (
《電解液の調製》
以下の非プロトン性溶媒およびLi塩を含む電解液が調製された。
Li塩:LiPF6(1mоl/l)
非プロトン性溶媒:[EC/DMC/EMC=3/4/3(体積比)]
<< Preparation of electrolyte solution >>
An electrolyte was prepared containing the following aprotic solvent and a Li salt.
Li salt: LiPF 6 (1 mol / l)
Aprotic solvent: [EC / DMC / EMC = 3/4/3 (volume ratio)]
電解液および被覆粒子10が混合された。これにより被覆粒子10が電解液中に分散した。電解液および被覆粒子10の合計に対する被覆粒子10の比率は10体積%である。
The electrolyte and the
《正極の製造》
以下の材料が準備された。
正極活物質:Li(Ni,Co,Mn)O2
導電材:AB
バインダ:PVdF
溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
正極集電体:Al箔(厚さ 20μm)
<< Manufacturing of positive electrode >>
The following materials were prepared.
Positive electrode active material: Li (Ni, Co, Mn) O 2
Conductive material: AB
Binder: PVdF
Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
Positive current collector: Al foil (20 μm thick)
正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒が混合されることにより、ペーストが調製された。固形分の混合比は「正極活物質/導電材/バインダ=100/8/2(質量比)」である。ペーストが正極集電体111の表面(表裏両面)に塗布され、乾燥されることにより、正極合材層112が形成された。正極合材層112が圧延された。正極合材層112および正極集電体111が裁断された。以上より正極110が製造された。正極110は以下の外形寸法を有する。
The paste was prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent. The mixing ratio of the solid content is “positive electrode active material / conductive material / binder = 100/8/2 (mass ratio)”. The paste was applied to the surfaces (both front and back sides) of the positive electrode
正極110の厚さ寸法(図4のy軸方向の寸法):70μm
正極110の長さ寸法(図4のz軸方向の寸法):3000mm
正極110の幅寸法(図4のx軸方向の寸法):114mm
正極合材層112の幅寸法(図4のx軸方向の寸法):94mm
Thickness dimension of the positive electrode 110 (dimension in the y-axis direction in FIG. 4): 70 μm
Length dimension of the positive electrode 110 (dimension in the z-axis direction in FIG. 4): 3000 mm
Width dimension of the positive electrode 110 (dimension in the x-axis direction in FIG. 4): 114 mm
Width dimension of the positive electrode mixture layer 112 (dimension in the x-axis direction in FIG. 4): 94 mm
《負極の製造》
以下の材料が準備された。
負極活物質:黒鉛
バインダ:CMCおよびSBR
溶媒:水
負極集電体:Cu箔(厚さ 10μm)
<< Manufacturing of negative electrode >>
The following materials were prepared.
Negative electrode active material: Graphite Binder: CMC and SBR
Solvent: water Negative electrode current collector: Cu foil (10 μm thick)
負極活物質、バインダおよび水が混合されることにより、ペーストが調製された。固形分の混合比は「負極活物質/バインダ=100/2」である。CMCおよびSBRは等量である。ペーストが負極集電体121の表面(表裏両面)に塗布され、乾燥されることにより、負極合材層122が形成された。負極合材層122が圧延された。負極合材層122および負極集電体121が裁断された。以上より負極120が製造された。負極120は以下の外形寸法を有する。
The paste was prepared by mixing the negative electrode active material, the binder and water. The mixing ratio of the solid content is “negative electrode active material / binder = 100/2”. CMC and SBR are equivalent. The paste was applied to the surfaces (both front and back sides) of the negative electrode
負極120の厚さ寸法(図5のy軸方向の寸法):80μm
負極120の長さ寸法(図5のz軸方向の寸法):3300mm
負極120の幅寸法(図5のx軸方向の寸法):120mm
負極合材層122の幅寸法(図5のx軸方向の寸法):100mm
Thickness dimension of the negative electrode 120 (dimension in the y-axis direction in FIG. 5): 80 μm
Length dimension of the negative electrode 120 (dimension in the z-axis direction in FIG. 5): 3300 mm
Width dimension of negative electrode 120 (dimension in the x-axis direction in FIG. 5): 120 mm
Width dimension of the negative electrode mixture layer 122 (dimension in the x-axis direction in FIG. 5): 100 mm
《組み立て》
セパレータ130が準備された。セパレータ130は20μmの厚さを有する。セパレータ130は、PP製の多孔質シート、PE製の多孔質シートおよびPP製の多孔質シートがこの順序で積層されることにより形成されている。
"assembly"
A
アルミナ、アクリル系バインダおよび溶媒が混合されることにより、ペーストが調製された。ペーストがセパレータ130の表面(片面)に塗布され、乾燥されることにより耐熱層が形成された。
A paste was prepared by mixing alumina, an acrylic binder and a solvent. The paste was applied to the surface (one side) of the
正極110、セパレータ130、負極120およびセパレータ130がこの順序で積層され、さらに渦巻状に巻回されることにより電極群150が形成された。セパレータ130は、耐熱層が負極120と対向するように配置された。電極群150が扁平状に成形された。ケース190が準備された。電極群150がケース190に収納された。
The
被覆粒子10が分散した電解液が、ケース190に注入された。ケース190が密閉された。以上より電池100(リチウムイオン二次電池)が製造された。電池100は、3〜4.1Vの電圧範囲において4Ahの定格容量を有するように設計されている。
The electrolyte in which the
4Aの電流で電池100が4.1Vまで充電された。4Aの電流により電池100が3Vまで放電された。これにより電池100が初期状態とされた。
The
<実施例2〜5>
下記表1の平均粒子径を有する鉄粒子が使用されることを除いては、実施例1と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Examples 2 to 5
A
<実施例6〜8>
下記表1の比率となるように、電解液および被覆粒子10が混合されることを除いては、実施例1と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Examples 6 to 8
A
<実施例9>
鉄粒子に代えてマグネタイト粒子が使用されることを除いては、実施例1と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Example 9
A
<実施例10>
鉄粒子に代えてマグネタイト粒子が使用されることを除いては、実施例7と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Example 10
A
<比較例1>
被覆粒子10が使用されないことを除いては、実施例1と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Comparative Example 1
A
<比較例2および3>
下記表1の平均粒子径を有する鉄粒子が使用されることを除いては、実施例1と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Comparative Examples 2 and 3
A
<比較例4および5>
下記表1の比率となるように、電解液および被覆粒子10が混合されることを除いては、実施例1と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Comparative Examples 4 and 5
A
<比較例6>
下記表1の平均粒子径を有するマグネタイト粒子が使用されることを除いては、実施例9と同様に、電池100が製造され、電池100が初期状態とされた。
Comparative Example 6
A
<評価>
《釘刺し試験》
4Aの電流により、電池100が4.1Vまで充電された。釘が準備された。釘は3mmの胴部径を有する。1mm/秒の速度で釘が電池100に刺し込まれた。釘が電池100に刺し込まれてから1秒後の電圧降下量が測定された。結果は下記表1に示される。電圧降下量が小さい程、短絡発生後、早い段階で短絡電流の抑制効果が得られていると考えられる。
<Evaluation>
"Peeling test"
The battery 4 was charged to 4.1 V by the current of 4A. A nail was prepared. The nail has a torso diameter of 3 mm. A nail was inserted into the
《初期抵抗》
電池100の電圧が3.7Vに調整された。25℃の温度環境において、40Aの電流により電池100が放電された。放電開始から10秒後の電圧降下量が測定された。電圧降下量が電流で除されることにより抵抗が算出された。結果は下記表1に示される。
Initial resistance
The voltage of the
<結果>
上記表1に示されるように、電解液に被覆粒子10が分散していることにより、短絡電流が抑制される傾向が認められる。短絡電流による磁界に被覆粒子10が応答し、被覆粒子10が釘(導電性異物20)の表面に付着することにより、釘が速やかに絶縁化されていると考えられる。
<Result>
As shown in Table 1 above, the dispersion of the
比較例2は短絡電流の抑制効果が小さい。被覆粒子10(コア粒子11)が過度に大きいため、磁界への応答が鈍化していると考えられる。 The comparative example 2 has a small effect of suppressing the short circuit current. It is considered that the response to the magnetic field is slowed down because the coated particle 10 (core particle 11) is excessively large.
比較例3は短絡電流の抑制効果が小さい。被覆粒子10が過度に小さいため、釘の表面を十分被覆できないと考えられる。
The comparative example 3 has a small effect of suppressing the short circuit current. It is considered that the surface of the nail can not be covered sufficiently because the
比較例4は短絡電流の抑制効果が小さい。被覆粒子10が少ないため、釘の表面を十分被覆できないと考えられる。
The comparative example 4 has a small effect of suppressing the short circuit current. It is considered that the surface of the nail can not be sufficiently covered because the amount of the covering
比較例5は短絡電流の抑制効果が小さい。被覆粒子10が過度に多いため、電解液および被覆粒子10全体の流動性が低下することにより、磁界への応答が鈍化していると考えられる。また比較例5は、被覆粒子10の添加に伴う初期抵抗の増加幅が大きい。
The comparative example 5 has a small effect of suppressing the short circuit current. It is considered that the response to the magnetic field is weakened by the decrease in the fluidity of the electrolytic solution and the entire
実施例1、7、9、10の結果より、強磁性体の種類を問わず、短絡電流の抑制効果が得られると考えられる。 From the results of Examples 1, 7, 9, and 10, it is considered that the effect of suppressing the short circuit current can be obtained regardless of the type of ferromagnetic material.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The technical scope determined by the description of the claims includes all the modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
10 被覆粒子、11 コア粒子、12 シェル層、20 導電性異物、100 電池(非水電解液二次電池)、110 正極、111 正極集電体、112 正極合材層、120 負極、121 負極集電体、122 負極合材層、130 セパレータ、150 電極群、190 ケース、191 容器、192 蓋、193 外部端子。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
を少なくとも含み、
前記被覆粒子は前記電解液中に分散しており、
前記被覆粒子はコア粒子およびシェル層を含み、
前記コア粒子は強磁性体を含み、
前記シェル層は前記コア粒子の表面を被覆しており、
前記シェル層は絶縁体を含み、
前記電解液および前記被覆粒子の合計に対する前記被覆粒子の比率は3体積%以上15体積%以下であり、
前記コア粒子は50nm以上2000nm以下の平均粒子径を有する、
非水電解液二次電池。 At least a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution and coated particles,
The coated particles are dispersed in the electrolyte solution,
The coated particle comprises a core particle and a shell layer,
The core particle comprises a ferromagnetic material,
The shell layer covers the surface of the core particle,
The shell layer comprises an insulator,
The ratio of the coated particles to the total of the electrolytic solution and the coated particles is 3% by volume or more and 15% by volume or less,
The core particles have an average particle size of 50 nm to 2000 nm,
Nonaqueous electrolyte secondary battery.
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