JP2020102318A - 二次電池用セパレータ層、電極構造体および二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、初期容量のバラツキが少なく、レート特性およびサイクル特性に優れた、新規かつ改良された二次電池用セパレータ層およびこの二次電池用セパレータ層を利用した二次電池を提供することにある。
0%≦(A1−A2)≦20%…(1)
(A1は、前記第1の層の気孔率(%)を示し、A2は、前記第2の層の気孔率(%)を示す)
まず、図1に基づいて、本実施形態に係る二次電池10の構成について説明する。
0≦(A1−A2)≦20…(1)
このような範囲のときに、初期容量のバラツキが少なく、レート特性およびサイクル特性が向上する。
次に、二次電池10の製造方法について説明する。正極20は、以下のように製造される。まず、正極活物質、導電剤、及びバインダーを混合したものを、有機溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン)に分散させることで塗工液を調整する。次いで、塗工液を正極集電体21上に形成し、乾燥させることで、正極活物質層22を形成する。なお、塗工の方法は、特に限定されない。塗工の方法としては、例えば、ナイフコーター法、グラビアコーター法等が考えられる。以下の各塗工工程も同様の方法により行われる。これにより、正極20が製造される。
0≦(A1−A2)≦20…(1)
したがって、二次電池10は、初期容量のバラツキが少なく、レート特性およびサイクル特性を大幅に向上させることができる。すなわち、フッ素化エーテルの含有とリチウム塩の高濃度化により電極表面上での電解液の分解反応が抑制され、電極上での堆積物はほぼ抑制される。 堆積物が生成しないことで、電極とセパレータ間の距離が近くなり、セパレータ基材である第1の層41の電気化学的分解が顕著となる。そこで、第1の層41に第2の層42を設けることで、第2の層42がバリア的に働き、第1の層41の電気化学的分解を抑制することが可能となる。この時、第1の層41の気孔率と第2の層42の気孔率の差を式(1)で満たされる範囲とすることで、第2の層の膜厚分布が均一化し、正極、負極間の距離が一定に保たれ、初期容量のバラツキの少ない電池が実現可能となる。また、第1の層41の電気化学的分解の抑制と電解液浸透性のバランスを取ることが可能となる。これらの要因により、レート特性およびサイクル特性が大幅に向上するものと推定される。
実施例1では、二次電池10を以下のように製造した。正極20については、まず、酸化物Li1.0Ni0.78Co0.19Al0.03O290質量%、ケッチェンブラック6質量%、ポリフッ化ビニリデン4質量%をN−メチル−2−ピロリドンに分散させることで、塗工液を調整した。次いで、塗工液を正極集電体21であるアルミニウム箔上に塗工し、乾燥させることで、正極活物質層22を形成した。次いで、プレス機により正極活物質層22をプレスし正極20を製造した。
凝固液の比率を、水:DMAc:TPG=26:37:37と変更する以外は実施例1と同様に行った。
凝固液の比率を、水:DMAc:TPG=30:35:35と変更する以外は実施例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を3mol/Lに変更する以外は実施例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を3mol/Lに変更する以外は実施例2と同様に行った。
リチウム塩の濃度を3mol/Lに変更する以外は実施例3と同様に行った。
リチウム塩の濃度を2mol/Lに変更する以外は実施例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を2mol/Lに変更する以外は実施例2と同様に行った。
リチウム塩の濃度を2mol/Lに変更する以外は実施例3と同様に行った。
凝固液の比率を、水:DMAc:TPG=34:33:33と変更する以外は実施例1と同様に行った。
凝固液の比率を、水:DMAc:TPG=38:31:31と変更する以外は実施例1と同様に行った。
凝固液の比率を、水:DMAc:TPG=42:29:29と変更する以外は実施例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を3mol/Lに変更する以外は比較例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を3mol/Lに変更する以外は比較例2と同様に行った。
リチウム塩の濃度を3mol/Lに変更する以外は比較例3と同様に行った。
リチウム塩の濃度を2mol/Lに変更する以外は比較例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を2mol/Lに変更する以外は比較例2と同様に行った。
リチウム塩の濃度を2mol/Lに変更する以外は比較例3と同様に行った。
リチウム塩の濃度を1.55mol/Lに変更する以外は実施例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を1.55mol/Lに変更する以外は実施例2と同様に行った。
リチウム塩の濃度を1.55mol/Lに変更する以外は実施例3と同様に行った。
リチウム塩の濃度を1.55mol/Lに変更する以外は比較例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を1.55mol/Lに変更する以外は比較例2と同様に行った。
リチウム塩の濃度を1.55mol/Lに変更する以外は比較例3と同様に行った。
凝固液の比率を、水:DMAc:TPG=16:42:42と変更する以外は実施例1と同様に行った。
リチウム塩の濃度を3mol/Lに変更する以外は比較例16と同様に行った。
リチウム塩の濃度を2mol/Lに変更する以外は比較例16と同様に行った。
リチウム塩の濃度を1.55mol/Lに変更する以外は比較例16と同様に行った。
0≦(A1−A2)≦20…(1)
初期容量のバラツキが少なく、かつ優れたレート特性とサイクル特性が得られることが分かる。
第2の層41形成用の塗工液を第1の層41の両面に塗工する以外は実施例4と同様に行った。
フッ素化エーテルを2,2,2−トリフルオロエチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをジフルオロメチル2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルを1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−メトキシ−4−(トリフルオロメチル)ペンタンに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをエチル1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをエチルノナフルオロイソブチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをエチル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをエチル1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをメチル1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをメチル2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをメチル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルを2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルを1,1,2,2−テトラフルオロエチル2,2,2−トリフルオロエチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをメチル1,1,2,2,3,3,3−オクタフルオロプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをメチル1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをエチル1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをジフルオロメチル2,2,2−トリフルオロエチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをジフルオロメチル2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルを2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルー1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをメチル1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをメチル1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トリフルオロメチルプロピルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
フッ素化エーテルをジフルオロメチル2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルエーテルに変更する以外は実施例10と同様に行った。
第1の層41に多孔質ポリエチレンフィルム(厚さ13μm、気孔率38%)を用い、凝固液の比率を、水:DMAc:TPG=16:42:42と変更する以外は実施例10と同様に行った。
第1の層41に多孔質ポリエチレンフィルム(厚さ13μm、気孔率40%)を用いる以外は実施例10と同様に行った。
第1の層41に多孔質ポリエチレンフィルム(厚さ13μm、気孔率44%)を用いる以外は実施例10と同様に行った。
20 正極
21 正極集電体
22 正極活物質層
30 負極
31 負極集電体
32 負極活物質層
40 セパレータ層
40a セパレータ
41 第1の層
41a 第1の気孔
42 第2の層
42a 第2の気孔
43 電解液
Claims (5)
- 第1の層と、第2の層と、
前記第1の層および前記第2の層に形成された複数の気孔と、
前記気孔内に含浸し、少なくとも一部の水素原子がフッ素原子で置換されたフッ素化エーテルと、
2.0mol/L以上濃度のリチウム塩とを含む電解液と、を含み、
前記第2の層は、負極側空孔層を含み、
前記負極側空孔層は、二次電池の負極に隣接し、
式(1)を満たす、二次電池用セパレータ層。
0%≦(A1−A2)≦20%…(1)
(A1は、前記第1の層の気孔率(%)を示し、A2は、前記第2の層の気孔率(%)を示す) - 前記第2の層は、正極側空孔層と、を含み、
前記正極側空孔層は、積層方向において前記第1の層および二次電池の正極に隣接し、
前記負極側空孔層は、積層方向において前記第1の層および二次電池の負極に隣接する、請求項1に記載の二次電池用セパレータ層。 - 前記フッ素化エーテルは、
1,1,2,2−テトラフルオロエチル2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、2,2,2−トリフルオロエチルエーテル、ジフルオロメチル2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−メトキシ−4−(トリフルオロメチル)ペンタン、エチル1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブチルエーテル、エチルノナフルオロイソブチルエーテル、エチル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、エチル1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルエーテル、メチル1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルエーテル、メチル2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルエーテル、メチル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、1,1,2,2-テトラフルオロエチル2,2,2-トリフルオロエチルエーテル、メチル1,1,2,2,3,3,3−オクタフルオロプロピルエーテル、メチル1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブチルエーテル、エチル1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブチルエーテル、ジフルオロメチル2,2,2−トリフルオロエチルエーテル、ジフルオロメチル2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル−1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、メチル1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルエーテル、メチル1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トリフルオロメチルプロピルエーテル、ジフルオロメチル2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルエーテルからなる群から選択される、請求項1または2に記載の二次電池用セパレータ層。 - 正極と、負極と、請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池用セパレータ層と、を含む、電極構造体。
- 請求項4記載の電極構造体を含む、二次電池。
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