JP2019102428A - 電池 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明にかかる電池の正極集電体の絶縁層が導電しないため、その抵抗が大きく、電池に異常状況で短絡が発生した時の短絡抵抗を大きくし、短絡電流を大幅に低減することにより、短絡時の発熱量を大きく低減して、電池の安全性を改善することができる。なお、本発明にかかる電池の正極集電体に、従来の純金属箔の集電体の代わりに、厚さが小さい金属層が設けられた絶縁層が使用されることにより、電池の重量エネルギー密度を向上させることができる。そして、本発明にかかる電池の正極集電体に、さらに保護層が設けられているため、その導電層は、集電体が電極活物質層に電子を供給することを保証することができ、即ち、導電及び集電の作用を発揮できる一方、保護層は、集電体全体の機械的強度を高め、電池の安全性をさらに向上させるとともに、導電層が破壊されたり、酸化したり、腐食したりすることなどの現象を効果的に防止することにより、集電体の動作安定性及び使用寿命を著しく改善することができる。最後に、本発明にかかる電池の正極集電体により、電池の安全性を改善することができるが、その導電性が従来のアルミニウム箔の集電体よりも劣化するため、本発明にかかる電池の負極集電体に、厚さ6μm〜12μmの銅箔集電体が使用されることにより、電池の倍率性能を保証することができるとともに、負極でのリチウムの析出を防止することができる。
<実施例>
一定の厚さを有する絶縁層をピックアップし、その表面に、真空蒸着、機械的ロール圧延または粘着の方式で一定の厚さを有する導電層を形成した。保護層について、気相成長法、インサイチュ形成法または塗布法で形成される。
導電層は、以下のいくつかの方式で形成される。
保護層は、以下のいくつかの方式で形成される。
厚さ8μmの銅箔を負極集電体として用いる。
通常の電池塗布プロセスにより集電体の表面に正極スラリー又は負極スラリーを塗布し、100℃で乾燥させた後、正極シート又は負極シートを得る。ここで、正極活物質層の総重量に対する導電性添加剤(導電性カーボンブラック)の質量百分率の含有量が0.8wt%以上である。
エチレンカーボネート(EC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)を有機溶剤として使用し(ECとEMCとの体積比が1:10〜10:1である)、電解質は、LiPF6であり、濃度が1mol/Lである。
通常の電池製造プロセスにより、正極シート、PP/PE/PPセパレータ及び負極シートを一緒にベアセルに巻き取り、その後に電池ケースに入れ、電解液を注入してから、密封や、化成などの工程を行い、最後にリチウムイオン電池を得て、標準電池容量(25℃、1C/1C)は、いずれも3.2Ahである。
リチウムイオン電池に対してサイクル寿命テストを行い、具体的なテスト方法は、以下のようになる。
(1)1回の釘刺し実験:電池を満充電した後に固定して、常温で直径8mmの鋼針を25mm/sの速度で電池を貫通し、鋼針を電池に残しておき、釘刺しが完了した。その後、確認及びテストを行った。
リチウムイオン電池に対して倍率テストを行い、具体的なテスト方法は、以下のようになる。
10…正極集電体
101…正極絶縁層
102…正極導電層
103…正極保護層
11…正極活物質層
2…負極シート
20…負極集電体
21…負極活物質層
3…セパレータ
4…釘
Claims (10)
- 正極集電体と正極活物質層とを備える正極シートと、負極集電体と負極活物質層とを備える負極シートと、電解液とを備える電池であって、
前記正極集電体が絶縁層と導電層とを備え、前記絶縁層が前記導電層を載置し、前記導電層が前記正極活物質層を載置し、前記導電層が前記絶縁層の少なくとも1つの表面に位置し、前記導電層の厚さをD2とするとき、D2が条件式300nm≦D2≦2μmを満たし、
前記導電層の少なくとも1つの表面に保護層が設けられ、
前記負極集電体が、厚さ6μm〜12μmの銅箔集電体であることを特徴とする電池。 - 前記導電層の材料が、金属導電材料から選ばれ、前記金属導電材料が、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、銀、ニッケル銅合金、アルミニウムジルコニウム合金から選ばれる少なくとも1種であり、
前記保護層の材料が、金属酸化物から選ばれ、前記金属酸化物が、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化クロム及び酸化ニッケルから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の電池。 - 前記保護層が、前記導電層の前記絶縁層から離れる面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電池。
- 前記保護層は、前記導電層の前記絶縁層に向かう面に設けられていることを特徴とする請求項1又は3に記載の電池。
- 前記保護層の厚さをD3とするとき、D3が条件式D3≦1/10 D2を満たし、且つ条件式1nm≦D3≦200nmを満たし、条件式10nm≦D3≦50nmを満たすことが好ましいことを特徴とする請求項1に記載の電池。
- 前記正極活物質層が、正極活物質と、粘着剤と、導電性添加剤とを含み、
前記導電性添加剤の前記正極活物質層全体に対する質量百分率の含有量が、0.8wt%以上であることを特徴とする請求項1に記載の電池。 - 前記電解液の常温導電率が、6.0mS/cm〜9.0mS/cmであることを特徴とする請求項1に記載の電池。
- 前記導電層の材料が、アルミニウムであり、
前記導電層の厚さが、条件式500nm≦D2≦1.5μmを満たし、
前記保護層の材料が、酸化ニッケルまたは酸化アルミニウムであり、
前記保護層が、前記導電層の対向する2つの表面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電池。 - 前記導電層の前記絶縁層から離れる面に設けられる保護層の厚さが、前記導電層の前記絶縁層に向かう面に設けられる保護層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の電池。
- 前記絶縁層の厚さをD1とするとき、D1が条件式1μm≦D1≦20μmを満たし、条件式2μm≦D1≦10μmを満たすことが好ましく、条件式2μm≦D1≦6μmを満たすことがより好ましく、
前記絶縁層が、有機ポリマー絶縁材料であり、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリブチレンテレフタレート、ポリ−p−フェニレンテレフタルアミド、ポリプロピレンエチレン、ポリホルムアルデヒド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、シリコーンゴム、ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の電池。
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