JP2020095931A - リチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
正極集電体22は導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルなどからなる金属箔または金属薄板を用いることができる。
正極活物質層24は、正極活物質、導電助剤及び正極バインダーを含む。正極活物質層24における正極活物質の構成比率は、質量比で80%以上90%以下であることが好ましい。また正極活物質層24における導電助剤の構成比率は、質量比で0.5%以上10%以下であることが好ましく、正極活物質層24におけるバインダーの構成比率は、質量比で0.5%以上10%以下であることが好ましい。
正極活物質層24に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6 −)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
LixM1yM21−yO2 ・・・(1)
一般式(1)において、M1はNiとCoからなる群から選択される少なくとも1種以上であり、M2はAl、Mg及びMnからなる群から選択される少なくとも1種以上であり、xは0.05≦x≦1.1を満たし、yは0.3≦y≦1を満たす。
正極活物質層24に用いる導電助剤としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合、正極活物質層24は導電助剤を含んでいなくても構わない。
正極活物質層24に用いる正極バインダーは、正極活物質同士を結合させると共に、正極活物質と正極集電体22とを結合させる役割を果たす。正極バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PESU)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
上述の通り、本実施形態において負極は負極集電体30であり、負極と負極集電体とは同義である。本実施形態における負極集電体30は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルなどからなる金属箔または金属薄板を用いることができる。
ポリマー層40は、負極集電体30とセパレータ10の間に位置し、負極集電体30の表面上に析出したリチウム金属が樹状に成長する現象を抑制し、負極集電体30の表面にリチウム金属をできるだけ平坦に析出させる役割を果たす。
非水電解液は、イオン液体及びリチウム塩を含む。イオン液体及びリチウム塩としては、ポリマー層40に用いることが可能なイオン液体及びリチウム塩として列挙した材料を用いることができる。非水電解液に用いるイオン液体とポリマー層40に用いるイオン液体は、互いに同じであっても構わないし、互いに異なる材料であっても構わない。同様に、非水電解液に用いるリチウム塩とポリマー層40に用いるリチウム塩は、互いに同じであっても構わないし、互いに異なる材料であっても構わない。例えば、イオン液体として、N−メチル−N−プロピルピロリジニウムビス(フルオロスルホニル)イミドを用い、リチウム塩として、濃度1mol/Lのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li−TFSI)を用いることができる。
セパレータ10は、電気絶縁性を有する多孔質体であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体または積層体や、上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
ケース60は、その内部に積層体50及び非水電解液を密封するものである。ケース60は、非水電解液の外部への漏出や、外部からのリチウム二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
リード70、72は、アルミ、ニッケル、銅にニッケルメッキされた金属板等の導電材料から形成されている。特に、正極20側に接続されるリード70についてはアルミ金属板を用いることが好ましく、負極集電体30側に接続されるリード72については、ニッケル金属板又は銅にニッケルメッキされた金属板を用いることが好ましい。
次に、本実施形態によるリチウム二次電池100の製造方法について説明する。
20 正極
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極集電体
32 リチウム金属
40 ポリマー層
50 積層体
60 ケース
62 金属箔
64 高分子膜
70、72 リード
100 リチウム二次電池
Claims (8)
- 正極と、負極と、前記負極の表面に配置されたポリマー層とを備え、
前記負極は、負極集電体と負極活物質層を含み、
前記負極集電体は前記正極よりも平面サイズが大きく、これにより前記負極集電体は、前記正極と重なる第1の領域と前記正極と重ならない第2の領域を有し、
前記負極活物質層は、前記負極集電体の前記第1の領域に選択的に設けられ、
前記ポリマー層は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)の共重合体と、イオン液体とを含み、前記第1の領域上においては前記負極活物質層を介して前記負極集電体を覆い、前記第2の領域上においては前記負極活物質層を介することなく前記負極集電体を覆うことを特徴とするリチウム二次電池。 - 前記負極活物質層は、リチウム金属及びリチウム合金の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池。
- 前記共重合体と前記イオン液体の体積比率は、30:70〜80:20の範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池。
- 前記ポリマー層の引張強度が3MPa以上、15MPa以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
- 前記ポリマー層は、リチウム塩をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
- 前記リチウム塩は、LiTFSA(LiN(CF3SO2)2)、LiFSA(LiN(FSO2)2)、及びLiPF6からなる群から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項5に記載のリチウム二次電池。
- 前記ポリマー層の膜厚が100μm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
- 前記ポリマー層は、膜厚の最大値と最小値の差が平均膜厚に対して25%以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
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