JP2021051990A - Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply - Google Patents

Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply Download PDF

Info

Publication number
JP2021051990A
JP2021051990A JP2020072134A JP2020072134A JP2021051990A JP 2021051990 A JP2021051990 A JP 2021051990A JP 2020072134 A JP2020072134 A JP 2020072134A JP 2020072134 A JP2020072134 A JP 2020072134A JP 2021051990 A JP2021051990 A JP 2021051990A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aqueous electrolyte
negative electrode
osmotic pressure
positive electrode
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020072134A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7475942B2 (en
Inventor
隼人 関
Hayato Seki
隼人 関
航 海野
Ko Unno
航 海野
堀田 康之
Yasuyuki Hotta
康之 堀田
松野 真輔
Shinsuke Matsuno
真輔 松野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to EP20178927.8A priority Critical patent/EP3796352A1/en
Priority to US16/897,665 priority patent/US11456490B2/en
Priority to CN202010659895.5A priority patent/CN112615067A/en
Publication of JP2021051990A publication Critical patent/JP2021051990A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7475942B2 publication Critical patent/JP7475942B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/38Construction or manufacture
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

To provide a secondary battery having excellent storage performance and cycle efficiency.SOLUTION: A secondary battery according to an embodiment includes a positive electrode, a first aqueous electrolyte held in the positive electrode, a negative electrode, a second aqueous electrolyte held in the negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a difference between the osmotic pressure of a first aqueous electrolyte (N/m2) and the osmotic pressure of a second aqueous electrolyte (N/m2) is 90% or less (including 0%) for bigger one of the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte or the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、二次電池、電池パック、車両、及び定置用電源に関する。 Embodiments of the present invention relate to secondary batteries, battery packs, vehicles, and stationary power supplies.

負極活物質として炭素材料やリチウムチタン酸化物を、正極活物質としてニッケル、コバルト、マンガン等を含有する層状酸化物用いた非水電解質電池、特に二次電池が幅広い分野における電源として既に実用化されている。その一方で、有機溶媒の多くは可燃性物質であり、二次電池の安全性は、水溶液を用いた二次電池に比べて原理的に劣りやすい。有機溶媒系の電解質を用いた二次電池の安全性を向上させるために種々の対策がなされているものの、必ずしも十分といえない。また、非水系の二次電池は、製造工程において、ドライ環境が必要になるため、製造コストが必然的に高くなる。そのほか、有機溶媒系の電解質は導電性が劣るので、非水系の二次電池の内部抵抗が高くなりやすい。このような課題は、電池安全性や電池コストが重要視される電気自動車やハイブリッド電気自動車、さらには電力貯蔵向けの大型蓄電池用途においては、大きな課題となっている。非水系二次電池の課題を解決させるために、水系電解質を用いた二次電池が提案されている。水系電解質では、電池の充放電を実施する電位範囲を、溶媒として含まれている水の電気分解反応が起こらない電位範囲に留める必要がある。例えば、正極活物質としてリチウムマンガン酸化物および負極活物質としてリチウムバナジウム酸化物を用いることで、水溶媒の電気分解を回避できる。これらの組み合わせでは、1〜1.5V程度の起電力が得られるものの、電池として十分なエネルギー密度が得られにくい。 Non-aqueous electrolyte batteries using carbon materials and lithium titanium oxide as the negative electrode active material and layered oxides containing nickel, cobalt, manganese, etc. as the positive electrode active material, especially secondary batteries, have already been put into practical use as power sources in a wide range of fields. ing. On the other hand, most of the organic solvents are flammable substances, and the safety of the secondary battery tends to be inferior in principle as compared with the secondary battery using an aqueous solution. Although various measures have been taken to improve the safety of secondary batteries using organic solvent-based electrolytes, they are not always sufficient. Further, the non-aqueous secondary battery requires a dry environment in the manufacturing process, so that the manufacturing cost is inevitably high. In addition, since the organic solvent-based electrolyte is inferior in conductivity, the internal resistance of the non-aqueous secondary battery tends to increase. Such issues have become major issues in electric vehicles and hybrid electric vehicles in which battery safety and battery cost are important, and in large storage battery applications for power storage. In order to solve the problems of non-aqueous secondary batteries, secondary batteries using an aqueous electrolyte have been proposed. In the water-based electrolyte, it is necessary to limit the potential range for charging and discharging the battery to the potential range in which the electrolysis reaction of water contained as a solvent does not occur. For example, by using lithium manganese oxide as the positive electrode active material and lithium vanadium oxide as the negative electrode active material, electrolysis of the aqueous solvent can be avoided. With these combinations, an electromotive force of about 1 to 1.5 V can be obtained, but it is difficult to obtain a sufficient energy density as a battery.

十分な起電力を得るために、正極活物質や負極活物質の組み合わせを工夫しても、水系電解質においては、リチウムチタン酸化物のリチウム挿入脱離の電位は、リチウム電位基準にて約1.5V(vs.Li/Li)であるため、水系電解質の電気分解が起こりやすく、その影響で集電体から活物質が容易に剥離し得る。そのため、このような電池では動作が安定せず、満足な充放電が困難であった。 Even if the combination of the positive electrode active material and the negative electrode active material is devised in order to obtain sufficient electromotive force, in the aqueous electrolyte, the potential of lithium insertion and desorption of lithium titanium oxide is about 1. Since it is 5 V (vs. Li / Li +), electrolysis of the aqueous electrolyte is likely to occur, and the active material can be easily separated from the current collector due to the effect. Therefore, the operation of such a battery is not stable, and it is difficult to charge and discharge the battery satisfactorily.

先行技術では、集電体に亜鉛を含ませることで十分なエネルギー密度を有し、貯蔵性能及びサイクル特性に優れ、且つ安価で安全性の高いリチウム二次電池を提供することができたが、貯蔵性能及びサイクル特性の点については改良の余地があった。 In the prior art, it has been possible to provide a lithium secondary battery having sufficient energy density, excellent storage performance and cycle characteristics, and being inexpensive and highly safe by including zinc in the current collector. There was room for improvement in terms of storage performance and cycle characteristics.

特許第6383038号公報Japanese Patent No. 6383038

本発明が解決しようとする課題は、水系電解質を用いた二次電池における貯蔵性能及びサイクル特性に優れた二次電池を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a secondary battery having excellent storage performance and cycle characteristics in a secondary battery using an aqueous electrolyte.

実施形態の二次電池は、正極と、正極に保持される第1水系電解質と、負極と、負極に保持される第2水系電解質と、正極と負極との間に介在するセパレータと、を備える。第1水系電解質の浸透圧(N/m)と第2水系電解質の浸透圧(N/m)との差は第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧のいずれか大きい方に対して90%以下(0%を含む)である。 The secondary battery of the embodiment includes a positive electrode, a first aqueous electrolyte held by the positive electrode, a negative electrode, a second aqueous electrolyte held by the negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. .. The difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte (N / m 2) and osmotic pressure of the second aqueous electrolyte (N / m 2) larger one of osmotic pressure and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte of the first aqueous electrolyte It is 90% or less (including 0%) with respect to the one.

第1の実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a secondary battery according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る二次電池の他の例を概略的に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing another example of the secondary battery according to the first embodiment. 図2のA部の拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A in FIG. 第2の実施形態に係る組電池の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the assembled battery which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る電池パックの一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the battery pack which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る電池パックの他の例の分解斜視図。An exploded perspective view of another example of the battery pack according to the third embodiment. 図6の電池パックの電気回路を示すブロック図。The block diagram which shows the electric circuit of the battery pack of FIG. 第4の実施形態に係る一例の車両を概略的に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example vehicle according to a fourth embodiment. 第4の実施形態に係る他の例の車両を概略的に示した図。The figure which showed schematic the vehicle of another example which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る定置用電源を含むシステムの一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the system including the stationary power source which concerns on 5th Embodiment.

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。なお、特に記載が無い限り、25℃、1気圧(大気)における値を示している。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to common configurations throughout the embodiment, and duplicate description will be omitted. In addition, each figure is a schematic view for explaining the embodiment and promoting its understanding, and the shape, dimensions, ratio, etc. of the figure are different from those of the actual device. The design can be changed as appropriate by taking into consideration. Unless otherwise specified, the values are shown at 25 ° C. and 1 atm (atmosphere).

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る二次電池は正極と、正極に保持される第1水系電解質と、負極と、負極に保持される第2水系電解質と、正極と負極との間に介在するセパレータとを備え、第1水系電解質の浸透圧(N/m)と第2水系電解質の浸透圧(N/m)との差は第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧のいずれか大きい方に対して90%以下である。これは例えば、小さい浸透圧の方の水系電解質を第1水系電解質、大きい浸透圧の方の水系電解質を第2水系電解質とすると、((第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧の差の絶対値)÷(第2水系電解質の浸透圧))×100%としてあらわすことができる。
(First Embodiment)
The secondary battery according to the first embodiment includes a positive electrode, a first aqueous electrolyte held in the positive electrode, a negative electrode, a second aqueous electrolyte held in the negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. the equipped, the difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte (N / m 2) and osmotic pressure of the second aqueous electrolyte (N / m 2) is the osmotic pressure and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte of the first aqueous electrolyte It is 90% or less with respect to whichever is larger. For example, if the water-based electrolyte with a lower osmotic pressure is the first water-based electrolyte and the water-based electrolyte with a higher osmotic pressure is the second water-based electrolyte, ((the osmotic pressure of the first water-based electrolyte and the penetration of the second water-based electrolyte) It can be expressed as (absolute value of pressure difference) ÷ (osmotic pressure of second aqueous electrolyte)) × 100%.

本実施形態に係る二次電池は、さらに浸透圧を調整可能な化合物を備えても良い。浸透圧を調整可能な化合物は便宜上、浸透圧調整剤と記載する場合もある。浸透圧を調整可能な化合物の具体的な例は後述する。浸透圧を調整可能な化合物を用いることで、第1水系電解質と第2水系電解質の濃度を調整することができ、第1水系電解質と第2水系電解質の浸透圧差を低下させることができ、第1水系電解質と第2水系電解質が混ざることを防ぐことができる。このように水系電解質が混ざることを防ぐことができると、二次電池のサイクル特性を向上させることができる。 The secondary battery according to the present embodiment may further include a compound whose osmotic pressure can be adjusted. A compound whose osmotic pressure can be adjusted may be referred to as an osmotic pressure adjusting agent for convenience. Specific examples of compounds whose osmotic pressure can be adjusted will be described later. By using a compound whose osmotic pressure can be adjusted, the concentrations of the first aqueous electrolyte and the second aqueous electrolyte can be adjusted, and the difference in osmotic pressure between the first aqueous electrolyte and the second aqueous electrolyte can be reduced. It is possible to prevent the 1-water electrolyte and the 2nd water-based electrolyte from being mixed with each other. If it is possible to prevent the water-based electrolyte from being mixed in this way, the cycle characteristics of the secondary battery can be improved.

詳しく説明すると、水系電解質が用いられる場合は、水の電気分解が、水系電解質の副反応として起こり得る。水の電気分解では、負極において式(1)に示す化学反応が起こり、正極において式(2)で示す化学反応が起こる。
2H +2e ⇒ H (1)
2O2− ⇒ O +2e (2)
More specifically, when an aqueous electrolyte is used, electrolysis of water can occur as a side reaction of the aqueous electrolyte. In the electrolysis of water, the chemical reaction represented by the formula (1) occurs at the negative electrode, and the chemical reaction represented by the formula (2) occurs at the positive electrode.
2H + + 2e ⇒ H 2 (1)
2O 2- ⇒ O 2 + 2e - (2)

また、水の電気分解等の水系電解質の酸化還元反応では、酸化反応による分解が発生しない電位窓、及び、還元反応による分解が発生しない電位窓が、存在する。例えば、水の電気分解では、ネルンストの式から、負極の電位E1に関して式(3)で示す関係が成立すると、還元反応によって負極において水素が発生し易くなる。そして、正極の電位E2に関して式(4)で示す関係が成立すると、酸化反応によって正極において酸素が発生し易くなる。ここで、式(3)及び式(4)においてpHは、水系電解質のpHを示す。
E1 < −0.059 × pH (3)
E2 > 1.23 − 0.059 × pH (4)
Further, in the redox reaction of an aqueous electrolyte such as electrolysis of water, there are a potential window in which decomposition due to the oxidation reaction does not occur and a potential window in which decomposition does not occur due to the reduction reaction. For example, in the electrolysis of water, if the relationship represented by the formula (3) is established with respect to the potential E1 of the negative electrode from the Nernst equation, hydrogen is likely to be generated at the negative electrode by the reduction reaction. Then, when the relationship represented by the formula (4) is established with respect to the potential E2 of the positive electrode, oxygen is likely to be generated at the positive electrode by the oxidation reaction. Here, in the formulas (3) and (4), the pH indicates the pH of the aqueous electrolyte.
E1 <−0.059 × pH (3)
E2> 1.23-0.059 x pH (4)

式(3)及び式(4)から、負極側と正極側とで水系電解質が隔離されない場合は、水系電解質のpHがいずれであっても、負極と正極との間の電圧が1.23Vより大きくなると、熱力学的に水の電気分解が起こり易くなる。セパレータに透気性の低いものを用いたとしても、完全に水系電解質の移動を防げば陽イオンの移動も妨げることになり、二次電池性能を低下させてしまう。 From the formulas (3) and (4), when the water-based electrolyte is not isolated between the negative electrode side and the positive electrode side, the voltage between the negative electrode and the positive electrode is 1.23 V or more regardless of the pH of the water-based electrolyte. As the size increases, the electrolysis of water tends to occur thermodynamically. Even if a separator having low air permeability is used, if the movement of the aqueous electrolyte is completely prevented, the movement of cations will also be hindered, and the performance of the secondary battery will be deteriorated.

また、正極側水系電解質と負極側水系電解質とでリチウム塩濃度が異なると、水の移動がさらに生じやすくなり、上記式で表される反応が生じ、二次電池の性能を低下させやすくなる。 Further, if the lithium salt concentration differs between the positive electrode side aqueous electrolyte and the negative electrode side aqueous electrolyte, the movement of water is more likely to occur, the reaction represented by the above formula occurs, and the performance of the secondary battery is likely to be deteriorated.

そのため、水系電解質の移動を抑制するために第1水系電解質と第2水系電解質の少なくとも一方が浸透圧調整剤を備え、第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧との差は第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧のいずれか大きい方に対して90%以下(0%を含む)とすることで水系電解質の移動を抑制し、水の電気分解を抑制することができる。浸透圧差が浸透圧の大きな側の90%より大きいと浸透圧による正極側と負極側の水系電解質の混合が激しくなり、好ましくない。 Therefore, at least one of the first aqueous electrolyte and the second aqueous electrolyte is provided with an osmotic pressure adjusting agent in order to suppress the movement of the aqueous electrolyte, and the difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte is By setting 90% or less (including 0%) of the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte or the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte, whichever is greater, the movement of the aqueous electrolyte is suppressed and the electrolysis of water is suppressed. can do. If the osmotic pressure difference is larger than 90% on the side where the osmotic pressure is large, the mixing of the aqueous electrolytes on the positive electrode side and the negative electrode side due to the osmotic pressure becomes intense, which is not preferable.

また、水系電解質の移動により、第1水系電解質と第2水系電解質のいずれかの塩濃度が高まることにより、電極に塩が析出することも抑制することができる。二次電池がこのような構成となることで塩析出に伴う抵抗上昇、長期サイクル試験時の容量劣化を抑制することができ、貯蔵性能を向上させることができる。貯蔵性能が向上することで、クーロン効率も向上させることができる。これは、クーロン効率が自己放電の傾きを表しているためである。そのため、クーロン効率が良ければ、つまり高ければ貯蔵性能も良い。 Further, it is possible to suppress the precipitation of salt on the electrode by increasing the salt concentration of either the first aqueous electrolyte or the second aqueous electrolyte due to the movement of the aqueous electrolyte. With such a configuration of the secondary battery, it is possible to suppress an increase in resistance due to salt precipitation and capacity deterioration during a long-term cycle test, and it is possible to improve storage performance. By improving the storage performance, the Coulomb efficiency can also be improved. This is because the Coulomb efficiency represents the slope of self-discharge. Therefore, if the Coulomb efficiency is good, that is, if it is high, the storage performance is also good.

さらに、第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧との差は第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧のいずれか大きい方に対して80%以下とすることで、浸透圧差による正負極の水系電解質混合を速度論的に十分抑制できるため、より好ましい。 Further, the difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte should be 80% or less with respect to the larger of the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte. Therefore, it is more preferable because the mixing of positive and negative water-based electrolytes due to the difference in osmotic pressure can be sufficiently suppressed in terms of speed.

さらにより好ましくは50%以下である。この範囲であることで、浸透圧による水系電解質の混合を長期的に抑制することができるため貯蔵性能が向上し、クーロン効率も向上させることができる。さらに、これによりサイクル寿命が大きく向上させることができるためである。 Even more preferably, it is 50% or less. Within this range, mixing of the aqueous electrolyte due to osmotic pressure can be suppressed for a long period of time, so that the storage performance can be improved and the Coulomb efficiency can also be improved. Further, this is because the cycle life can be greatly improved.

第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧との差は、第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧のいずれか大きい方に対して90%以下とすることで、正極側水系電解質及び負極側水系電解質として、互いに対してpHが異なる水系電解質や種類が異なる水系電解質を用いることができる。ここで、正極側水系電解質として、負極側水系電解質よりpHが小さい水系電解質を用いることにより、負極と正極との間の電圧が1.23Vより大きくなっても、水の電気分解が起こり難くなる。例えば、正極側水系電解質としてpHが1の水系電解質を用い、負極側水系電解質としてpHが14の水系電解質を用いた場合、負極と正極との間の電圧が2V程度にまで上昇しない限りは、水の電気分解が起こり難いと考えられる。 The difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte is 90% or less with respect to the larger of the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte. As the positive electrode side aqueous electrolyte and the negative negative side aqueous electrolyte, aqueous electrolytes having different pH from each other and aqueous electrolytes of different types can be used. Here, by using an aqueous electrolyte having a pH lower than that of the negative electrode side aqueous electrolyte as the positive electrode side aqueous electrolyte, electrolysis of water is less likely to occur even if the voltage between the negative electrode and the positive electrode becomes larger than 1.23 V. .. For example, when an aqueous electrolyte having a pH of 1 is used as the positive electrode side aqueous electrolyte and an aqueous electrolyte having a pH of 14 is used as the negative electrode side aqueous electrolyte, unless the voltage between the negative electrode and the positive electrode rises to about 2 V, It is considered that electrolysis of water is unlikely to occur.

第1の実施例に係る二次電池において用いることができる各部材の材料について詳しく説明する。 The material of each member that can be used in the secondary battery according to the first embodiment will be described in detail.

(水系電解質)
水系電解質には、水系溶媒と第1の電解質とを含む水系電解液と、この水系電解液に高分子材料を複合化したゲル状水系電解質が挙げられる。水系電解液とゲル状水系電解質を総称するために用いた水系電解質と、溶質としての電解質を区別するために便宜上溶質としての電解質を第1の電解質と称している。前述の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。水系電解質は、NO 、Cl、LiSO 、SO 2−、およびOHからなる群より選択される少なくとも1種のアニオンを含む。水系電解質中に含まれるこれらのアニオンは、1種でもよく、或いは、2種以上のアニオンが含まれていてもよい。
(Aqueous electrolyte)
Examples of the aqueous electrolyte include an aqueous electrolyte containing an aqueous solvent and a first electrolyte, and a gel-like aqueous electrolyte in which a polymer material is compounded with the aqueous electrolyte. For convenience, the electrolyte as a solute is referred to as a first electrolyte in order to distinguish between the aqueous electrolyte used to collectively refer to the aqueous electrolyte and the gelled aqueous electrolyte and the electrolyte as the solute. Examples of the above-mentioned polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO) and the like. The aqueous electrolyte contains at least one anion selected from the group consisting of NO 3 , Cl , LiSO 4 , SO 4 2- , and OH −. These anions contained in the aqueous electrolyte may contain one kind or two or more kinds of anions.

水系溶媒としては、水を含む溶液を用いることができる。ここで、水を含む溶液とは、純水であってもよく、或いは水と水以外の物質との混合溶液や混合溶媒であってもよい。 As the aqueous solvent, a solution containing water can be used. Here, the solution containing water may be pure water, or may be a mixed solution or a mixed solvent of water and a substance other than water.

上記水系電解質は、溶質となる塩1molに対し、水溶媒量(例えば水系溶媒中の水量)が1mol以上であることが好ましい。さらに好ましい形態は、溶質となる塩1molに対する水溶媒量が3.5mol以上である。 The water-based electrolyte preferably has an amount of water solvent (for example, the amount of water in the water-based solvent) of 1 mol or more with respect to 1 mol of the salt as a solute. A more preferable form is that the amount of the aqueous solvent with respect to 1 mol of the salt as a solute is 3.5 mol or more.

第1の電解質としては、水系溶媒に溶解したときに解離して上記アニオンを生じさせるものを用いることができる。特に、Liイオンと上記アニオンとに解離するリチウム塩が好ましい。このようなリチウム塩としては、例えばLiNO、LiCl、LiSO、LiOHなどを挙げることができる。 As the first electrolyte, one that dissociates when dissolved in an aqueous solvent to generate the anion can be used. In particular, a lithium salt that dissociates between the Li ion and the anion is preferable. Examples of such a lithium salt include LiNO 3 , LiCl, Li 2 SO 4 , LiOH and the like.

また、Liイオンと上記アニオンへと解離するリチウム塩は、水系溶媒における溶解度が比較的高い。そのため、アニオンの濃度が1−10Mと高く、Liイオン拡散性が良好である水系電解質を得ることができる。 In addition, the lithium salt that dissociates from the Li ion and the anion has a relatively high solubility in an aqueous solvent. Therefore, an aqueous electrolyte having a high anion concentration of 1-10M and good Li ion diffusivity can be obtained.

NO3−及び/又はClを含む電解質は、0.1−10M程度の幅広いアニオン濃度の範囲で用いることができる。イオン伝導度と、リチウム平衡電位の両立の観点から、これらのアニオンの濃度が3−12Mと高いことが好ましい。NO3−及び/またはClを含む水系電解質のアニオン濃度が8−12Mであることがより好ましい。 NO 3- and / or Cl - electrolyte containing may be used in a wide range of anion concentration of about 0.1-10M. From the viewpoint of achieving both ionic conductivity and lithium equilibrium potential, the concentration of these anions is preferably as high as 3-12M. More preferably the anion concentration of the aqueous electrolyte containing a is 8-12M - NO 3- and / or Cl.

LiSO 及び/又はSO 2−を含む水系電解質は、0.05−2.5M程度のアニオン濃度の範囲で用いることができる。イオン伝導度の観点から、これらのアニオンの濃度が1.5−2.5Mと高いことが好ましい。 LiSO 4 - is and / or water based electrolyte including SO 4 2-a, can be used in the range of the anion concentration of about 0.05-2.5M. From the viewpoint of ionic conductivity, the concentration of these anions is preferably as high as 1.5-2.5M.

具体的に述べると、正極側水系電解質のアニオン濃度は、NO3−、Cl、LiSO 、SO 2−の1種以上を含む水系電解質の場合、0.5-3M程度が好ましい。これよりもリチウム塩濃度が高いと、リチウム挿入脱離電位が貴な方向へシフトし、副反応が激しくなるため好ましくない。また、負極側水系電解質のアニオン濃度は、NO3−、Cl、LiSO 、SO 2−の1種以上を含む水系電解質の場合、6-13M程度が好ましい。これよりもリチウムイオン濃度が低いと、リチウム挿入脱離の電位が卑な方へシフトし、副反応が激しくなるので好ましくない。 To be specific, the anion concentration of the positive side-aqueous electrolyte is, NO 3-, Cl -, LiSO 4 -, when the water-based electrolyte containing SO 4 2-1 or more, about 0.5-3M is preferred. If the lithium salt concentration is higher than this, the lithium insertion / desorption potential shifts in a noble direction and the side reaction becomes violent, which is not preferable. Further, the anion concentration of the negative-aqueous electrolyte, NO 3-, Cl -, LiSO 4 -, when the water-based electrolyte containing SO 4 2-1 or more, about 6-13M is preferred. If the lithium ion concentration is lower than this, the potential for lithium insertion and desorption shifts to the lower side, and the side reaction becomes violent, which is not preferable.

水系電解質中のOH濃度は、10−10−0.1Mであることが望ましい。 OH in the aqueous electrolyte - concentration is desirably 10 -10-0.1 M.

また、水系電解質はリチウムイオンとナトリウムイオンとの両方を含むことができる。 In addition, the aqueous electrolyte can contain both lithium ions and sodium ions.

水系電解質のpHは、正極の水系電解質のpHは1以上7以下であることが好ましい。正極の水系電解質のpHが8以上となると水の電気分解に起因する酸素発生反応が有利に進み、pH1未満だと活物質の分解が進行するため、好ましくない。負極の水系電解質はpH7以上、14以下であることが好ましく7未満では水の電気分解に起因する水素発生反応が有利に進むため、好ましくない。 水系電解質中の溶質、即ち第1の電解質は、例えばイオンクロマトグラフ法により定性および定量することができる。イオンクロマトグラフ法は、感度が高いため、分析手法として特に好ましい。
イオンクロマトグラフ法による電解質に含まれる溶質の定性定量分析の具体的な測定条件の例を以下に示す:
システム: Prominence HIC-SP
分析カラム: Shim-packIC-SA3
ガードカラム: Shim-packIC-SA3(G)
溶離液: 3.6 mmol/L 炭酸ナトリウム水溶液
流量: 0.8 mL/min
カラム温度: 45℃
注入量: 50μL
検出: 電気伝導度
As for the pH of the aqueous electrolyte, the pH of the positive electrode aqueous electrolyte is preferably 1 or more and 7 or less. When the pH of the aqueous electrolyte of the positive electrode is 8 or more, the oxygen evolution reaction caused by the electrolysis of water proceeds advantageously, and when the pH is less than 1, the decomposition of the active material proceeds, which is not preferable. The pH of the aqueous electrolyte of the negative electrode is preferably 7 or more and 14 or less, and if it is less than 7, the hydrogen generation reaction caused by the electrolysis of water proceeds advantageously, which is not preferable. The solute in the aqueous electrolyte, that is, the first electrolyte, can be qualitatively and quantified by, for example, ion chromatography. The ion chromatograph method is particularly preferable as an analytical method because of its high sensitivity.
An example of specific measurement conditions for qualitative quantitative analysis of solutes contained in electrolytes by ion chromatography is shown below:
System: Prominence HIC-SP
Analytical column: Sim-packIC-SA3
Guard column: Sim-packIC-SA3 (G)
Eluent: 3.6 mmol / L sodium carbonate aqueous solution Flow rate: 0.8 mL / min
Column temperature: 45 ° C
Injection volume: 50 μL
Detection: Electrical conductivity

水系電解質中に水が含まれているかは、ガスクロマトグラフィー質量分析(Gas Chromatography - Mass Spectrometry;GC−MS)測定により確認できる。また、水系電解質中の水含有量の算出は、例えば誘導結合プラズマ(ICP:InductivelyCoupled Plasma)の発光分析などで測定することができる。水系電解質の比重を測定することで、溶媒のモル数を算出できる。水系電解質は正極側と負極側で同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。 Whether or not water is contained in the aqueous electrolyte can be confirmed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) measurement. Further, the calculation of the water content in the aqueous electrolyte can be measured by, for example, luminescence analysis of inductively coupled plasma (ICP: Inductively Coupled Plasma). By measuring the specific gravity of the aqueous electrolyte, the number of moles of the solvent can be calculated. The same aqueous electrolyte may be used on the positive electrode side and the negative electrode side, or different aqueous electrolytes may be used.

正極側の水系電解質には、浸透圧調整剤として無機化合物や有機化合物を用いることができる。無機化合物としては酸化物または塩化物イオン(Cl-)、フッ化物イオン(F-)、ヨウ化物イオン(I-)、過塩素酸イオン(ClO -)、ギ酸イオン(HCO -)、酢酸イオン(C -)、水和物イオン(OH-)、シュウ酸イオン(C -)、硝酸イオン(NO3-)、亜硝酸イオン(NO -)、硫酸イオン(SO 2-)、チオ硫酸イオン(S 2-)亜硫酸イオン(SO 2-)、炭酸イオン(CO 2-)、炭酸水素イオン(HCO 2-)、チオシアン酸イオン(SCN-)、アンモニウムイオン(NH +)、リン酸イオン(PO 3-)及びリン酸水素イオン(HPO 2-)からなる群れの少なくとも1種を含む化合物が水系電解質に溶解するが、反応や酸化はしない点から好ましい。例としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化亜鉛、フッ化ナトリウム、フッ化カルシウム、過塩素酸カルシウム、ギ酸アンモニウム、ギ酸カリウム、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、シュウ酸、シュウ酸カリウム、シュウ酸アンモニウム、硝酸、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、亜硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸、チオ硫酸アンモニウム、チオ硫酸カリウム、炭酸アンモニウム、炭酸カリウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素カリウム、チオシアン酸アンモニウム、チオシアン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸水素カリウムが挙げられる。 An inorganic compound or an organic compound can be used as the osmotic pressure adjusting agent for the aqueous electrolyte on the positive electrode side. Oxide as an inorganic compound or chloride ion (Cl -), fluoride ion (F -), iodide ion (I -), perchlorate ion (ClO 4 -), formate ions (HCO 2 -), acetic acid ion (C 2 H 3 O 2 - ), hydrate ions (OH -), oxalate (C 2 O 2 -), nitrate ion (NO 3-), nitrite ion (NO 2 -), sulfate ion (SO 4 2- ), Thiosulfate Ion (S 2 O 3 2- ) Sulfate Ion (SO 3 2- ), Carbonate Ion (CO 3 2- ), Bicarbonate Ion (HCO 3 2- ), Thiosic Acid Ion (SO 3 2-) SCN -), ammonium ions (NH 4 +), but a compound containing at least one herd consisting of phosphate ions (PO 4 3-) and hydrogen phosphate ions (HPO 4 2-) is dissolved in an aqueous electrolyte, It is preferable because it does not react or oxidize. Examples include sodium chloride, potassium chloride, zinc chloride, sodium fluoride, calcium fluoride, calcium perchlorate, ammonium formate, potassium formate, potassium acetate, sodium acetate, potassium hydroxide, sodium hydroxide, oxalic acid, shu. Potassium acid, ammonium oxalate, nitrate, potassium nitrate, sodium nitrate, sodium nitrite, ammonium sulfite, sodium sulfate, sulfuric acid, ammonium thiosulfate, potassium thiosulfate, ammonium carbonate, potassium carbonate, ammonium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate, ammonium thiosocyanate , Potassium thiocyanate, ammonium phosphate, potassium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, potassium hydrogen phosphate.

有機化合物としては、無機化合物と同様に水系電解質に溶解するが反応や酸化はしない化合物が好ましい。例としてはメタノール、エタノール、ブタノール、イソブタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ターシャリーブタノール、セカンダリーブチルアルコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2-エチル-1-ヘキサノール、ベンジルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコールなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸sec-ブチル、酢酸メトキシブチル、酢酸アミル、酢酸ノルマルプロピル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、3-エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類、イソプロピルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルターシャリーブチルエーテルなどのエーテル類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテートなどのグリコール類、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、メチルトリグリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノール、ヘキシルジグリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、ジプロピレングリコールメチルエーテルなどのグリコールエーテル類、モノグライム、ジグライム、エチルグライム、エチルジグライム、トリグライム、ブチルジグライム、テトラグライム、ジプロピレングリコールジメチルエーテルなどのグライム類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、ラウロニトリル、2-メチルブチロニトリル、トリメチルアセトニトリル、ヘキサンニトリル、シクロペンタンカルボニトリル、シクロヘキサンカルボニトリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロトノニトリル、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクタムなどの非プロトン性極性溶媒、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトンなどの環状カルボン酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ-n-プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n-プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル-n-プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート化合物、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、トリエタノールアミン、N,N-ジイソプロピルエチルアミンなどのアミン系溶媒などの水と混和性のある有機化合物が用いられる。 As the organic compound, a compound that dissolves in an aqueous electrolyte like an inorganic compound but does not react or oxidize is preferable. Examples are methanol, ethanol, butanol, isobutanol, isopropyl alcohol, normal propyl alcohol, tertiary butanol, secondary butyl alcohol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-ethyl-1-hexanol, benzyl. Alcohols such as alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, diacetone alcohol and other ketones, ethyl acetate, methyl acetate, butyl acetate, sec-butyl acetate, methoxybutyl acetate, amyl acetate, normal acetate Esters such as propyl, isopropyl acetate, ethyl lactate, methyl lactate, butyl lactate, ethyl 3-ethoxypropionate, isopropyl ether, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, methyl tertiary butyl ether, etc. Glycos such as ethers, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, butyl carbitol acetate, ethyl carbitol acetate, methyl carbitol, ethyl carbitol, Glycols such as butyl carbitol, methyl triglycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, 3-methoxy-3-methyl-1-butanol, hexyl diglycol, propylene glycol monomethyl ether propionate, dipropylene glycol methyl ether Grimes such as ethers, monoglyme, jigglime, ethylglyme, ethyl diglime, triglime, butyl jigglime, tetraglime, dipropylene glycol dimethyl ether, dimethylformamide, dimethylacetamide, hexamethylphosphoric triamide, acetonitrile, propionitrile , Butyronitrile, Isobutyronitrile, Valeronitrile, Isovaleronitrile, Lauronitrile, 2-Methylbutyronitrile, trimethylnitrile, Hexanitrile, Cyclopentanecarbonitrile, Cyclohexanecarbonitrile, Acrylonitrile, Methaclonitrile, Crotononitrile, N-Methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrroli Aprotonic polar solvents such as dong and γ-butylolactam, cyclic carboxylic acid esters such as gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone and epsilon caprolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n -Chain carbonate compounds such as propylisopropylcarbonate, ethylmethylcarbonate, methyl-n-propylcarbonate, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, triethanolamine, N, N-diisopropylethylamine, etc. An organic compound that is compatible with water, such as an amine solvent, is used.

また、浸透圧調整剤として水系電解質には界面活性剤を添加することができる。界面活性剤は、例えばポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、チオ尿素、3、3‘−ジチオビス(1-プロパンホス酸) 2ナトリウム、ジメルカプトチアジアゾール、ホウ酸、シュウ酸、マロン酸、サッカリン、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ゼラチン、硝酸カリウム、芳香族アルデヒド、複素環アルデヒドなどの非イオン性界面活性剤などが挙げられる。界面活性剤は単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これら浸透圧調整剤は、無機化合物、有機化合物、界面活性剤を問わず、水系電解質に対して1種のみ用いても2種以上を混合して用いても良い。これらを加えることで、負極側の水系電解質との浸透圧の調整を行うことができる。また、負極側の浸透圧調整剤として、正極と同様の浸透圧調整剤を用いることができる。 Further, as an osmotic pressure adjusting agent, a surfactant can be added to the aqueous electrolyte. Surfactants include, for example, polyoxyalkylene alkyl ether, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, thiourea, 3,3'-dithiobis (1-propanephosic acid) disodium, dimercaptothiaizole, boric acid, oxalic acid, malonic acid, saccharin. , Nonionic surfactants such as sodium naphthalene sulfonate, gelatin, potassium nitrate, aromatic aldehydes, heterocyclic aldehydes and the like. The surfactant may be used alone or in combination of two or more. These osmoregulators may be used alone or in combination of two or more with respect to the aqueous electrolyte, regardless of whether they are inorganic compounds, organic compounds or surfactants. By adding these, the osmotic pressure with the aqueous electrolyte on the negative electrode side can be adjusted. Further, as the osmotic pressure adjusting agent on the negative electrode side, the same osmotic pressure adjusting agent as the positive electrode can be used.

このように浸透圧調整剤と加えることで、2つの電解質の浸透圧差を、浸透圧の大きい側の浸透圧の90%以下の範囲に調整することができる。 By adding the osmotic pressure adjusting agent in this way, the osmotic pressure difference between the two electrolytes can be adjusted to a range of 90% or less of the osmotic pressure on the side having the larger osmotic pressure.

ここで、浸透圧Π(N/m)は、以下のようにして算出される。すなわち、電解質(電解液)における溶媒の体積をV(m)、電解質での溶質の物質量(全モル数)をn(mol)、気体定数をR(m・kg/(s・K・mol))、電解質の絶対温度をT(K)とすると、浸透圧Πは、以下の式(5)のようにして算出される。
Π = (n・R・T)/ V (5)
Here, the osmotic pressure Π (N / m 2 ) is calculated as follows. That is, the volume of the solvent in the electrolyte (electrolyte solution) is V (m 3 ), the amount of substance of the solute in the electrolyte (total number of moles) is n (mol), and the gas constant is R (m 2 · kg / (s 2 ·). K · mol)), where the absolute temperature of the electrolyte is T (K), the osmotic pressure Π is calculated by the following equation (5).
Π = (n ・ R ・ T) / V (5)

ここで、水系電解質が水系電解液である場合、水系電解液の溶質(第1の電解質)は、無機塩及び有機化合物等である。無機塩についてはICP発光分析により、構造を同定し、有機化合物についてはフーリエ変換赤外分光法(FTIR:FourierTransform Infrared Spectroscopy)により、構造を同定する。そして、電解質(水系電解液)を分留することにより、水系電解液の濃度を算出し、水系電解液中の無機塩及び有機化合物等の物質量を算出する。なお、物質量nは、溶質の全モル数であり、溶質の電離も考慮する。実際に、溶質が無機塩及び有機化合物等である場合、これらの溶質は、水系電解液中で全て電離していると考える。例えば、溶質がアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩等である場合、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類イオンは、アニオンに対して全て電離していると考え、物質量nを算出する。例えば、溶質としてLiClを12mol/L溶解させた場合は、水系電解液中ではLi及びClに電離するため、濃度は24mol/Lと考える。 Here, when the aqueous electrolyte is an aqueous electrolyte, the solute (first electrolyte) of the aqueous electrolyte is an inorganic salt, an organic compound, or the like. The structure of inorganic salts is identified by ICP emission analysis, and the structure of organic compounds is identified by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Then, by fractionating the electrolyte (water-based electrolyte), the concentration of the water-based electrolyte is calculated, and the amount of substances such as inorganic salts and organic compounds in the water-based electrolyte is calculated. The amount of substance n is the total number of moles of the solute, and the ionization of the solute is also taken into consideration. In fact, when the solutes are inorganic salts, organic compounds, etc., it is considered that all of these solutes are ionized in the aqueous electrolytic solution. For example, when the solute is an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, or the like, it is considered that the alkali metal ion and the alkaline earth ion are all ionized with respect to the anion, and the amount of substance n is calculated. For example, when LiCl is dissolved as a solute at 12 mol / L, the concentration is considered to be 24 mol / L because it is ionized into Li + and Cl − in the aqueous electrolytic solution.

浸透圧調整剤は、正極側水系電解質と負極側水系電解質のいずれか一方に加えればよく、両方に含ませてもよい。水系電解質に含まれる浸透圧調整剤のmol濃度は、正極側水系電解質に浸透圧調整剤を加える場合では、例えば2mol/L以上8mol/L以下である。正極側水系電解質の浸透圧調整剤のmol濃度がこの範囲にあることで二次電池の動作を妨げずに浸透圧差を備えることができる。より好ましくは2.5mol/L以上7mol/L以下である。 The osmotic pressure adjusting agent may be added to either one of the positive electrode side aqueous electrolyte and the negative electrode side aqueous electrolyte, and may be contained in both. The molar concentration of the osmotic pressure adjusting agent contained in the aqueous electrolyte is, for example, 2 mol / L or more and 8 mol / L or less when the osmotic pressure adjusting agent is added to the positive electrode side aqueous electrolyte. When the mol concentration of the osmotic pressure adjusting agent of the positive electrode side aqueous electrolyte is in this range, it is possible to provide an osmotic pressure difference without interfering with the operation of the secondary battery. More preferably, it is 2.5 mol / L or more and 7 mol / L or less.

また、負極側水系電解質に浸透圧調整剤を加える場合では、浸透圧調整剤のmol濃度は、例えば0.1mol/L以上5mol/L以下である。この範囲にあることで、水系電解質の抵抗を上昇させることなく、浸透圧差を低下させることができる。好ましくは、0.5mol/L以上、4mol/L以下、より好ましくは、0.7mol/L以上、3mol/L以下の範囲である。 When an osmotic pressure adjusting agent is added to the negative electrode side aqueous electrolyte, the mol concentration of the osmotic pressure adjusting agent is, for example, 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less. Within this range, the osmotic pressure difference can be reduced without increasing the resistance of the aqueous electrolyte. The range is preferably 0.5 mol / L or more and 4 mol / L or less, and more preferably 0.7 mol / L or more and 3 mol / L or less.

界面活性剤が水系電解質中に含まれているかは、先述したGC−MSを用いて調べることができる。例えば、水系電解質をヘキサンで抽出し、水系電解質中の有機溶媒を取り分ける。この取り分けた有機溶媒に対してGC−MSと核磁気共鳴測定(NMR)を行うことにより特定することができる。 Whether or not the surfactant is contained in the aqueous electrolyte can be examined by using the above-mentioned GC-MS. For example, the aqueous electrolyte is extracted with hexane to separate the organic solvent in the aqueous electrolyte. It can be identified by performing nuclear magnetic resonance measurement (NMR) with GC-MS on the separated organic solvent.

また界面活性剤の分子量は、MALDI-TOF-MS(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry)分析により測定できる。装置としては、例えば、日本電子社(JEOL)製JMS-S3000 Spiral TOFを用いることができる。データ解析には、例えば、日本電子社製MS Tornado Analysisを用いることができる。質量構成の外部標準には、ポリメタクリル酸メチル(サイズ排除クロマトグラフィー用分子量標準)が用いられる。 The molecular weight of the surfactant can be measured by MALDI-TOF-MS (Matrix Assisted Laser Deposition / Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry) analysis. As the apparatus, for example, a JMS-S3000 Spiral TOF manufactured by JEOL Ltd. can be used. For data analysis, for example, MS Tornado Analysis manufactured by JEOL Ltd. can be used. Polymethylmethacrylate (molecular weight standard for size exclusion chromatography) is used as the external standard for mass composition.

測定により得られるMALDI-MSスペクトルにおけるピークトップの位置の値を、分子量として記録する。 The value of the peak top position in the MALDI-MS spectrum obtained by the measurement is recorded as the molecular weight.

水系電解質の界面張力は80mN/m以下、例えば55mN/m未満であることが好ましい。この範囲であることで、セパレータの内部に染み込むことができる。水系電解質がセパレータへよく染み込むことができることで、セパレータの抵抗を下げることができ、また初回充放電時のクーロン効率を上昇させることができ、電池設計時の正極と負極の容量比率を1に近づけることができる。そのため、容量ロスの少ない電池設計が可能となる。より好ましくは50mN/m以下であり、さらにより好ましくは40mN/m以下である。界面活性剤は水系電解質に対して1種でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The interfacial tension of the aqueous electrolyte is preferably 80 mN / m or less, for example, less than 55 mN / m. Within this range, it can penetrate into the inside of the separator. Since the aqueous electrolyte can penetrate well into the separator, the resistance of the separator can be lowered, the Coulomb efficiency at the time of initial charge / discharge can be increased, and the capacity ratio of the positive electrode and the negative electrode at the time of battery design can be brought close to 1. be able to. Therefore, it is possible to design a battery with little capacity loss. It is more preferably 50 mN / m or less, and even more preferably 40 mN / m or less. The surfactant may be used alone or in combination of two or more with respect to the aqueous electrolyte.

界面張力の測定方法は下記の通りである。 The method for measuring the interfacial tension is as follows.

<水系電解質の界面張力の測定方法>
水系電解質の界面張力は、例えば、懸滴法を用いて求めることができる。測定装置としては、例えば、協和界面科学社製、自動接触角計Dme-201を用いることができる。測定条件としては、例えば、下記表1に示す条件を用いる。

Figure 2021051990
<Measurement method of interfacial tension of aqueous electrolyte>
The interfacial tension of the aqueous electrolyte can be determined, for example, by using the suspension method. As the measuring device, for example, an automatic contact angle meter Dme-201 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. can be used. As the measurement conditions, for example, the conditions shown in Table 1 below are used.
Figure 2021051990

界面張力の算出には懸滴法を用い、下記式(6)から水系電解質の界面張力を算出する。
界面張力(mN/M)=Δρgde(1/H)・・・(6)
式(6)における各記号は、次の通りである:
Δρ:密度差、g:重力加速度、de:懸滴の最大径、1/H:補正係数。
例えば、測定を5回行い、その平均値を界面張力とみなす。
The suspension method is used to calculate the interfacial tension, and the interfacial tension of the aqueous electrolyte is calculated from the following formula (6).
Interfacial tension (mN / M) = Δρgde 2 (1 / H) ... (6)
Each symbol in equation (6) is as follows:
Δρ: Density difference, g: Gravity acceleration, de: Maximum diameter of suspended droplet, 1 / H: Correction coefficient.
For example, the measurement is performed 5 times, and the average value is regarded as the interfacial tension.

<水系電解質の接触角の測定方法>
水系電解質の接触角は、例えば、液滴法により求めることができる。測定装置としては、例えば、協和界面科学社製、自動接触角計Dme-201を用いることができる。測定条件としては、例えば、下記表2に示す条件を用いる。

Figure 2021051990
<Measurement method of contact angle of water-based electrolyte>
The contact angle of the aqueous electrolyte can be determined by, for example, the sessile drop method. As the measuring device, for example, an automatic contact angle meter Dme-201 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. can be used. As the measurement conditions, for example, the conditions shown in Table 2 below are used.
Figure 2021051990

(セパレータ)
正極と負極との間にはセパレータを配置することができる。セパレータを絶縁材料で構成することで、正極と負極とが電気的に接触することを防止することができる。また、正極と負極との間を電解質が移動可能な形状のものを使用することが望ましい。以下の例では、セパレータは透気性を有する。セパレータの例に、不織布、フィルム、紙などが含まれる。セパレータの構成材料の例に、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、セルロースが含まれる。好ましいセパレータの例に、セルロース繊維を含む不織布、ポリオレフィン繊維を含む多孔質フィルムを挙げることができる。
(Separator)
A separator can be arranged between the positive electrode and the negative electrode. By forming the separator with an insulating material, it is possible to prevent the positive electrode and the negative electrode from electrically contacting each other. Further, it is desirable to use a shape in which the electrolyte can move between the positive electrode and the negative electrode. In the example below, the separator is air permeable. Examples of separators include non-woven fabrics, films, paper and the like. Examples of the constituent materials of the separator include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and cellulose. Examples of preferable separators include non-woven fabrics containing cellulose fibers and porous films containing polyolefin fibers.

セパレータの透気係数は1×10−14以下であることが好ましい。1×10−14より大きいと、正極側水系電解質と負極側水系電解質が混合してしまい、浸透圧の小さいほうの水系電解質が液枯れを起こしやすくなるため好ましくない。透気係数が1×10−15以下であることがより好ましく、1×10−16以下であることがさらにより好ましい。このような透気係数を有するセパレータであることで、正極側水系電解質と負極側水系電解質の混合を速度論的に十分抑制することがでるためにクーロン効率が良くなるため好ましい。セパレータに水系電解質が十分に染み込み、セパレータの抵抗は低くイオン電導性が高くなることにより、レート特性がよくなるためである。水系電解質はセパレータによく染み込むが、水系電解質が正極側と負極側で混ざるほどではない。 The air permeability coefficient of the separator is preferably 1 × 10-14 m 2 or less. 1 × and 10 is greater than -14 m 2, will be mixed positive side-aqueous electrolyte and the negative-aqueous electrolyte is not preferable because the aqueous electrolyte of the smaller of osmotic pressure is prone to wither liquid. The air permeability coefficient is more preferably 1 × 10 -15 m 2 or less, and even more preferably 1 × 10 -16 m 2 or less. A separator having such an air permeability coefficient is preferable because the mixing of the positive electrode side aqueous electrolyte and the negative electrode side aqueous electrolyte can be sufficiently suppressed in terms of kinetics, and the Coulomb efficiency is improved. This is because the water-based electrolyte is sufficiently impregnated into the separator, the resistance of the separator is low, and the ionic conductivity is high, so that the rate characteristics are improved. The water-based electrolyte soaks into the separator well, but the water-based electrolyte does not mix well on the positive electrode side and the negative electrode side.

セパレータの透気係数KT(m)は次のように測定する。
透気係数KTの算出では、例えば、厚さL(m)のセパレータを測定対象とする場合、測定面積A(m)の範囲に、粘性係数σ(Pa・s)の気体を透過させる。この際、投入される気体の圧力p(Pa)が互いに対して異なる複数の条件で、気体を透過させ、複数の条件のそれぞれにおいて、セパレータを透過した気体量Q(m/s)を測定する。そして、測定結果から、圧力pに対する気体量Qをプロットし、傾きであるdQ/dpを求める。そして、厚さL、測定面積A、粘性係数σ及び傾きdQ/dpから、式(7)のようにして、透気係数KTが算出される。
KT =((σ・l)/A)×(dQ/dp) (7)
The air permeability coefficient KT (m 2 ) of the separator is measured as follows.
In the calculation of the air permeability coefficient KT, for example, when a separator having a thickness of L (m) is to be measured, a gas having a viscosity coefficient σ (Pa · s) is allowed to permeate within the range of the measurement area A (m 2). At this time, the gas is permeated under a plurality of conditions in which the pressure p (Pa) of the injected gas is different from each other, and the amount of gas Q (m 3 / s) permeated through the separator is measured under each of the plurality of conditions. To do. Then, from the measurement result, the gas amount Q with respect to the pressure p is plotted to obtain the slope dQ / dp. Then, the air permeability coefficient KT is calculated from the thickness L, the measurement area A, the viscosity coefficient σ, and the slope dQ / dp as in the equation (7).
KT = ((σ ・ l) / A) × (dQ / dp) (7)

透気係数KTが算出方法のある一例では、それぞれに直径10mmの孔が開いた一対のステンレス板でセパレータを挟み込む。そして、一方のステンレス板の孔から空気を圧力pで送り込む。そして、他方のステンレス板の孔から漏れる空気の気体量Qを測定する。したがって、孔の面積(25πmm)が測定面積Aとして用いられ、粘性係数σとしては0.000018Pa・sが用いられる。また、気体量Qは、100秒の間に孔から漏れる量δ(m)を測定し、測定された量δを100で割ることにより算出する。 In one example in which the air permeability coefficient KT is calculated, the separator is sandwiched between a pair of stainless steel plates each having a hole having a diameter of 10 mm. Then, air is sent at a pressure p from the hole of one of the stainless steel plates. Then, the gas amount Q of the air leaking from the hole of the other stainless steel plate is measured. Therefore, the area of the hole (25π mm 2 ) is used as the measurement area A, and 0.000018 Pa · s is used as the viscosity coefficient σ. The gas amount Q is calculated by measuring the amount δ (m 3 ) leaking from the hole in 100 seconds and dividing the measured amount δ by 100.

そして、圧力pが互いに対して少なくとも1000Pa離れる4点で、前述のようにして圧力pに対する気体量Qを測定する。例えば、圧力pが1000Pa、2500Pa、4000Pa及び6000Paとなる4点のそれぞれで、圧力pに対する気体量Qを測定する。そして、測定した4点について圧力pに対する気体量Qをプロットし、直線フィッティング(最小二乗法)によって圧力pに対する気体量Qの傾き(dQ/dp)を算出する。そして、算出した傾き(dQ/dp)に(σ・L)/Aを乗算することにより、透気係数KTを算出する。 Then, the amount of gas Q with respect to the pressure p is measured as described above at four points where the pressures p are separated from each other by at least 1000 Pa. For example, the gas amount Q with respect to the pressure p is measured at each of the four points where the pressure p is 1000 Pa, 2500 Pa, 4000 Pa, and 6000 Pa. Then, the gas amount Q with respect to the pressure p is plotted at the four measured points, and the slope (dQ / dp) of the gas amount Q with respect to the pressure p is calculated by linear fitting (least squares method). Then, the air permeability coefficient KT is calculated by multiplying the calculated slope (dQ / dp) by (σ · L) / A.

なお、セパレータの透気係数の測定においては、電池から分解し、セパレータを電池の他の部品から分離する。セパレータは、純水で両面を洗い流した後、純水に浸漬させて48時間以上放置する。その後、さらに純水で両面を洗い流し、100℃の真空乾燥炉にて48時間以上乾燥させた後に、透気係数の測定を行う。また、セパレータにおいて任意の複数箇所で、透気係数を測定する。そして、任意の複数箇所の中で透気係数が最も低い値になる箇所での値を、セパレータの透気係数とする。 In the measurement of the air permeability coefficient of the separator, the battery is disassembled and the separator is separated from other parts of the battery. After rinsing both sides of the separator with pure water, it is immersed in pure water and left for 48 hours or more. Then, both sides are further rinsed with pure water, dried in a vacuum drying oven at 100 ° C. for 48 hours or more, and then the air permeability coefficient is measured. In addition, the air permeability coefficient is measured at an arbitrary plurality of points on the separator. Then, the value at the position where the air permeability coefficient is the lowest value among any plurality of points is defined as the air permeability coefficient of the separator.

セパレータの気孔率は60%以上にすることが好ましい。また、繊維径は10μm以下が好ましい。繊維径を10μm以下にすることで、電解質に対するセパレータの親和性が向上するので電池抵抗を小さくすることができる。繊維径のより好ましい範囲は3μm以下である。気孔率が60%以上のセルロース繊維含有不織布は、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。また、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、リチウム金属のデンドライト析出による負極と正極の短絡が発生しない。より好ましい範囲は62%〜80%である。 The porosity of the separator is preferably 60% or more. The fiber diameter is preferably 10 μm or less. By setting the fiber diameter to 10 μm or less, the affinity of the separator with respect to the electrolyte is improved, so that the battery resistance can be reduced. A more preferable range of the fiber diameter is 3 μm or less. A cellulose fiber-containing non-woven fabric having a porosity of 60% or more has good electrolyte impregnation properties and can exhibit high output performance from low temperature to high temperature. In addition, it does not react with the negative electrode even during long-term charge storage, float charging, and overcharging, and a short circuit between the negative electrode and the positive electrode does not occur due to dendrite precipitation of lithium metal. A more preferable range is 62% to 80%.

また、セパレータとして、固体電解質を使用することもできる。固体電解質としてはNASICON型骨格を有するLATP(Li1+xAlxTi2-x(PO);0.1≦x≦0.4)、アモルファス状のLIPON(Li2.9PO3.30.46)、ガーネット型のLLZ(LiLaZr12)などの酸化物が好ましい。 Moreover, a solid electrolyte can also be used as a separator. As the solid electrolyte, LATP (Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 ; 0.1 ≤ x ≤ 0.4) having a NASICON type skeleton and amorphous LIPON (Li 2.9 PO 3.). Oxides such as 3 N 0.46 ) and garnet-type LLZ (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) are preferred.

また、βアルミナ、Na1+xZrSix3-x12(0≦x≦3)、NaAlSiなどもあげることができる。 Further, β-alumina, Na 1 + x Zr 2 Si x P 3-x O 12 (0 ≦ x ≦ 3), NaAlSi 3 O 8 and the like can also be mentioned.

セパレータとしては、さらに多孔質自立膜の主面の少なくとも一方に固体電解質層を備えるものを用いることもできる。この固体電解質層の備える固体電解質は、前述のLATPなどを用いることができる。 As the separator, a separator having a solid electrolyte layer on at least one of the main surfaces of the porous self-supporting membrane can also be used. As the solid electrolyte provided in the solid electrolyte layer, the above-mentioned LATP or the like can be used.

セパレータは、厚さが20μm以上100μm以下、密度が0.2g/cm以上0.9g/cm以下であることが好ましい。この範囲であると、機械的強度と電池抵抗の軽減のバランスを取ることができ、高出力で内部短絡が抑制された二次電池を提供することができる。また、高温環境下でのセパレータの熱収縮が少なく、良好な高温貯蔵性能を出すことが出来る。 The separator preferably has a thickness of 20 μm or more and 100 μm or less and a density of 0.2 g / cm 3 or more and 0.9 g / cm 3 or less. Within this range, a balance between mechanical strength and reduction of battery resistance can be achieved, and a secondary battery having high output and suppressed internal short circuit can be provided. Moreover, the heat shrinkage of the separator in a high temperature environment is small, and good high temperature storage performance can be obtained.

(負極)
負極は、負極集電体と、負極集電体上に配置されている負極活物質層とを含む。負極活物質層は、負極集電体の少なくとも1つの面上に配置されている。例えば、負極集電体上の1つの面に負極活物質層が配置されていてもよく、または負極集電体上の1つの面とその裏面とに負極活物質層が配置されていてもよい。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer arranged on the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer is arranged on at least one surface of the negative electrode current collector. For example, the negative electrode active material layer may be arranged on one surface on the negative electrode current collector, or the negative electrode active material layer may be arranged on one surface on the negative electrode current collector and its back surface. ..

負極活物質層は、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、およびリチウムチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含む負極活物質を含む。これら酸化物は1種類で用いることもできるし、複数種類を用いても良い。これらの酸化物では、リチウム電位基準にて1V以上2V以下(vs.Li/Li)の範囲内でLi挿入脱離反応が起こる。そのため、二次電池の負極活物質としてこれらの酸化物を用いた場合には、充放電に伴う体積膨張収縮変化が小さいことから長寿命を実現することができる。 The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material containing at least one compound selected from the group consisting of titanium oxide, lithium titanium oxide, and lithium titanium composite oxide. These oxides may be used alone or in combination of two or more. With these oxides, the Li insertion / desorption reaction occurs within the range of 1 V or more and 2 V or less (vs. Li / Li +) based on the lithium potential. Therefore, when these oxides are used as the negative electrode active material of the secondary battery, a long life can be realized because the change in volume expansion / contraction due to charging / discharging is small.

負極集電体には、Zn、Ga、In、Bi、Tl、Sn、Pb、Ti、Alから選ばれる少なくとも1種の元素を集電体内に含むことが好ましい。これらの元素は以後、元素Aとも称する。これらの元素は、これらの1種類で用いることもできるし、複数種類の元素を用いても良く、金属または金属合金として含むことができる。このような金属および金属合金は、単独で含まれていてもよく、或いは2種以上を混合して含んでいてもよい。これらの元素を集電体内に含んだ場合、集電体の機械的強度が高められ、加工性能が向上する。さらに、水系溶媒の電気分解を抑制し、水素発生を抑制させる効果が増加する。上記元素のなかでも、Zn、Pb、Ti、Alがより好ましい。 The negative electrode current collector preferably contains at least one element selected from Zn, Ga, In, Bi, Tl, Sn, Pb, Ti, and Al in the current collector. Hereinafter, these elements will also be referred to as element A. These elements may be used in one of these elements, or a plurality of types of elements may be used, and may be included as a metal or a metal alloy. Such metals and metal alloys may be contained alone or in combination of two or more. When these elements are contained in the current collector, the mechanical strength of the current collector is increased and the processing performance is improved. Further, the effect of suppressing the electrolysis of the aqueous solvent and suppressing the generation of hydrogen is increased. Among the above elements, Zn, Pb, Ti and Al are more preferable.

集電体は、例えばこれらの金属からなる金属箔である。また、集電体は、例えばこれらの金属を含んだ合金からなる箔である。このような箔は、元素A以外に他の元素、例えばCuを以上含み得る。金属体の形状としては、箔以外にも、例えばメッシュや多孔体などが挙げられる。エネルギー密度や出力向上のためには、体積が小さく、表面積が大きい箔の形状が望ましい。 The current collector is, for example, a metal leaf made of these metals. The current collector is, for example, a foil made of an alloy containing these metals. Such a foil may contain other elements other than the element A, for example Cu. Examples of the shape of the metal body include a mesh and a porous body in addition to the foil. In order to improve energy density and output, a foil shape with a small volume and a large surface area is desirable.

また、負極集電体は、元素Aとは異なる金属を含んだ基板を含むことができる。このような場合、この基板の表面の少なくとも一部に元素Aを含む化合物が存在することで、水素発生を抑制できる。表面に存在する元素Aを含む化合物は、負極活物質層と接するように配置されていることが望ましい。例えば基板に元素Aのメッキを施して、基板の表面に元素Aを含む化合物を存在させることができる。または、基板の表面に元素Aを含む合金を用いたメッキ処理を施すことができる。 Further, the negative electrode current collector can include a substrate containing a metal different from the element A. In such a case, hydrogen generation can be suppressed by the presence of the compound containing the element A on at least a part of the surface of the substrate. It is desirable that the compound containing the element A existing on the surface is arranged so as to be in contact with the negative electrode active material layer. For example, the substrate can be plated with element A so that a compound containing element A can be present on the surface of the substrate. Alternatively, the surface of the substrate can be plated with an alloy containing the element A.

集電体は、元素Aからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含んでいてもよい。これら元素Aの酸化物、および/または元素Aの水酸化物、および/または元素Aの塩基性炭酸化合物、および/または元素Aの硫酸化合物は、集電体の表面領域の少なくとも一部において、表面から深さ方向へ5nm以上1μm以下までの深さ領域において含まれていることが好ましい。なお、元素Aの酸化物の例としてはZnO、元素Aの水酸化物の例としてはZn(OH)、元素Aの塩基性炭酸化合物の例としては2ZnCO3・3Zn(OH)、元素Aの硫酸化合物の例としては、ZnSO4・7HOなどが挙げられる。 The current collector may contain at least one compound selected from the group consisting of element A. These oxides of element A and / or hydroxides of element A and / or basic carbon dioxide compounds of element A and / or sulfuric acid compounds of element A are present in at least a portion of the surface region of the current collector. It is preferably contained in a depth region of 5 nm or more and 1 μm or less in the depth direction from the surface. Incidentally, 2ZnCO 3 · 3Zn (OH) 2 Examples of example as basic carbonate compound of ZnO, examples of the hydroxide of an element A Zn (OH) 2, element A oxide of the element A, the element examples of sulfuric acid compounds of a, and the like ZnSO 4 · 7H 2 O.

集電体の表層部分に元素Aの酸化物、元素Aの水酸化物、元素Aの塩基性炭酸化合物、および元素Aの硫酸化合物の何れかが少なくとも1種存在すると、水素発生を抑制することができる。また、これらの化合物が集電体の表層部分に存在すると、集電体、活物質、導電助剤、バインダーそれぞれとの密着性が向上し、電子伝導のパスを増やすことができることからサイクル特性の向上と、低抵抗化が可能である。 When at least one of an oxide of element A, a hydroxide of element A, a basic carbonic acid compound of element A, and a sulfuric acid compound of element A is present on the surface layer of the current collector, hydrogen generation is suppressed. Can be done. Further, when these compounds are present on the surface layer of the current collector, the adhesion to each of the current collector, the active material, the conductive auxiliary agent, and the binder is improved, and the path of electron conduction can be increased. It is possible to improve and reduce the resistance.

基板は、Al、Fe、Cu、Ni、Tiから選択される少なくとも1種の金属を含むことが好ましい。これらの金属は、合金として含むこともできる。また、基板は、このような金属および金属合金を単独で含むことができ、或いは2種以上を混合して含むことができる。軽量化の観点から、基板がAl、Ti、またはこれらの合金を含むことが好ましい。 The substrate preferably contains at least one metal selected from Al, Fe, Cu, Ni and Ti. These metals can also be included as alloys. Further, the substrate may contain such a metal and a metal alloy alone, or may contain a mixture of two or more kinds. From the viewpoint of weight reduction, it is preferable that the substrate contains Al, Ti, or an alloy thereof.

集電体に元素Aからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含んでいるかどうかは、先述したように電池を分解し、その後、誘導結合プラズマICP発光分析を行うことで、調べることができる。 Whether or not the current collector contains at least one compound selected from the group consisting of element A can be investigated by disassembling the battery as described above and then performing inductively coupled plasma ICP emission analysis. it can.

負極活物質は、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、およびリチウムチタン複合酸化物からなる群より選択される1種類又は2種類以上の化合物を含む。リチウムチタン複合酸化物の例に、ニオブチタン酸化物およびナトリウムニオブチタン酸化物が含まれる。これらの化合物のLi吸蔵電位は、1V(vs.Li/Li+)以上3V(vs.Li/Li+)以下の範囲であることが望ましい。 The negative electrode active material contains one or more compounds selected from the group consisting of titanium oxides, lithium titanium oxides, and lithium titanium composite oxides. Examples of lithium-titanium composite oxides include niobium-titanium oxide and sodium niobium-titanium oxide. Li insertion potential of these compounds is preferably a 1V (vs.Li/Li +) or 3V (vs.Li/Li +) or less.

チタン酸化物の例に、単斜晶構造のチタン酸化物、ルチル構造のチタン酸化物、アナターゼ構造のチタン酸化物が含まれる。各結晶構造のチタン酸化物は、充電前の組成がTiO、充電後の組成がLixTiO(xは0≦x)で表すことができる。また、単斜晶構造のチタン酸化物の充電前構造をTiO(B)と表すことができる。 Examples of titanium oxides include monoclinic titanium oxides, rutile titanium oxides, and anatase titanium oxides. The titanium oxide having each crystal structure can be represented by a composition of TiO 2 before charging and a composition of Li x TiO 2 (x is 0 ≦ x) after charging. Further, the pre-charging structure of titanium oxide having a monoclinic structure can be represented as TiO 2 (B).

リチウムチタン酸化物の例に、スピネル構造リチウムチタン酸化物(例えば一般式Li4+xTi12(xは−1≦x≦3))、ラムスデライト構造のリチウムチタン酸化物(例えば、Li2+xTi(−1≦x≦3))、Li1+xTi(0≦x≦1)、Li1.1+xTi1.8(0≦x≦1)、Li1.07+xTi1.86(0≦x≦1)、LixTiO(0<x)などが含まれる。 Examples of lithium titanium oxides include spinel-structured lithium titanium oxides (eg, general formula Li 4 + x Ti 5 O 12 (x is -1≤x≤3)) and rams delite-structured lithium titanium oxides (eg, Li). 2 + x Ti 3 O 7 (-1 ≤ x ≤ 3)), Li 1 + x Ti 2 O 4 (0 ≤ x ≤ 1), Li 1.1 + x Ti 1.8 O 4 (0 ≤ x ≤ 1) 1), Li 1.07 + x Ti 1.86 O 4 (0 ≦ x ≦ 1), Li x TiO 2 (0 <x), and the like are included.

ニオブチタン酸化物の例に、LiTiMNb2±β7±σ(0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦β≦0.3、0≦σ≦0.3、MはFe、V、Mo及びTaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素)で表されるものが含まれる。 Examples of niobium titanium oxides include Li a TiM b Nb 2 ± β O 7 ± σ (0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ β ≦ 0.3, 0 ≦ σ ≦ 0.3, M includes those represented by at least one element selected from the group consisting of Fe, V, Mo and Ta).

ナトリウムニオブチタン酸化物の例に、一般式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2z14+δ(0≦v≦4、0<w<2、0≦x<2、0<y<6、0≦z<3、y+z<6、−0.5≦δ≦0.5、M1はCs、K、Sr、Ba、Caより選択される少なくとも1つを含み、M2はZr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn、Alより選択される少なくとも1つを含む)で表される斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物が含まれる。 Examples of sodium niobium titanium oxide, the general formula Li 2 + v Na 2-w M1 x Ti 6-yz Nb y M2 z O 14 + δ (0 ≦ v ≦ 4,0 <w <2,0 ≦ x < 2, 0 <y <6, 0 ≦ z <3, y + z <6, −0.5 ≦ δ ≦ 0.5, M1 contains at least one selected from Cs, K, Sr, Ba, Ca. M2 comprises an orthodox Na-containing niobium-titanium composite oxide represented by (including at least one selected from Zr, Sn, V, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn, Al).

負極活物質として好ましい化合物に、アナターゼ構造のチタン酸化物、単斜晶構造のチタン酸化物、スピネル構造のリチウムチタン酸化物が含まれる。各化合物は、Li吸蔵電位が1.4V(vs.Li/Li+)以上2V(vs.Li/Li+)以下の範囲であるため、例えば正極活物質としてのリチウムマンガン酸化物と組み合わせることで、高い起電力を得ることができる。これらの中でも、スピネル構造のリチウムチタン酸化物は、充放電反応による体積変化が極めて少ないため、より好ましい。 Preferred compounds as the negative electrode active material include titanium oxide having an anatase structure, titanium oxide having a monoclinic structure, and lithium titanium oxide having a spinel structure. Each compound, since Li insertion potential is in a range 1.4V (vs.Li/Li +) or 2V (vs.Li/Li +) following, for example, by combining the lithium-manganese oxide as the positive electrode active material , High electromotive force can be obtained. Among these, lithium titanium oxide having a spinel structure is more preferable because the volume change due to the charge / discharge reaction is extremely small.

負極活物質は、粒子の形態で負極活物質層に含有され得る。負極活物質粒子は、単独の一次粒子、一次粒子の凝集体である二次粒子、あるいは、単独の一次粒子と二次粒子の混合物であり得る。粒子の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、球状、楕円形状、扁平形状、繊維状等にすることができる。 The negative electrode active material can be contained in the negative electrode active material layer in the form of particles. The negative electrode active material particles can be a single primary particle, a secondary particle which is an aggregate of the primary particles, or a mixture of a single primary particle and a secondary particle. The shape of the particles is not particularly limited, and can be, for example, spherical, elliptical, flat, fibrous, or the like.

負極活物質の二次粒子の平均粒子径(直径)が、3μm以上であることが好ましい。より好ましくは5μm以上20μm以下である。この範囲であると、活物質の表面積が小さいため、水素発生を抑制する効果を高めることができる。 The average particle size (diameter) of the secondary particles of the negative electrode active material is preferably 3 μm or more. More preferably, it is 5 μm or more and 20 μm or less. Within this range, since the surface area of the active material is small, the effect of suppressing hydrogen generation can be enhanced.

二次粒子の平均粒子径が3μm以上の負極活物質は、例えば、次の方法で得られる。先ず、活物質原料を反応合成して平均粒子径1μm以下の活物質前駆体を作製する。その後、活物質前駆体に対し焼成処理を行い、ボールミルやジェトミルなどの粉砕機を用いて粉砕処理を施す。次いで焼成処理において、活物質前駆体を凝集して粒子径の大きい二次粒子に成長させる。 A negative electrode active material having an average particle size of secondary particles of 3 μm or more can be obtained, for example, by the following method. First, an active material raw material is reacted and synthesized to prepare an active material precursor having an average particle size of 1 μm or less. After that, the active material precursor is fired and crushed using a crusher such as a ball mill or a jet mill. Then, in the firing process, the active material precursor is aggregated and grown into secondary particles having a large particle size.

負極活物質の一次粒子の平均粒子径は1μm以下とすることが望ましい。これにより、活物質内部でのLiイオンの拡散距離が短くなり、比表面積が大きくなる。そのため、優れた高入力性能(急速充電性能)が得られる。一方、平均粒子径が小さいと、粒子の凝集が起こりやすくなり、電解質の分布が負極に偏って正極での電解質の枯渇を招く恐れがあることから、下限値は0.001μmにすることが望ましい。さらに好ましい平均粒子径は、0.1μm以上0.8μm以下である。 It is desirable that the average particle size of the primary particles of the negative electrode active material is 1 μm or less. As a result, the diffusion distance of Li ions inside the active material is shortened, and the specific surface area is increased. Therefore, excellent high input performance (quick charging performance) can be obtained. On the other hand, if the average particle size is small, agglutination of particles is likely to occur, and the distribution of the electrolyte is biased toward the negative electrode, which may lead to the depletion of the electrolyte at the positive electrode. Therefore, it is desirable to set the lower limit value to 0.001 μm. .. A more preferable average particle size is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less.

負極活物質粒子は、N析出によるBET法での比表面積が3m/g以上200m/g以下の範囲であることが望ましい。これにより、負極と電解質との親和性をさらに高くすることができる。 It is desirable that the negative electrode active material particles have a specific surface area of 3 m 2 / g or more and 200 m 2 / g or less in the BET method by N 2 precipitation. As a result, the affinity between the negative electrode and the electrolyte can be further increased.

負極活物質層(集電体を除く)の比表面積は、3m/g以上50m/g以下の範囲であることが望ましい。比表面積のより好ましい範囲は、5m/g以上50m/g以下である。負極活物質層は、集電体上に担持された負極活物質、導電剤及び結着剤を含む多孔質の層であり得る。 The specific surface area of the negative electrode active material layer (excluding the current collector) is preferably in the range of 3 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less. A more preferable range of the specific surface area is 5 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less. The negative electrode active material layer can be a porous layer containing a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder supported on the current collector.

負極の多孔度(集電体を除く)は、20〜50%の範囲にすることが望ましい。これにより、負極と電解質との親和性に優れ、かつ高密度な負極を得ることができる。多孔度のさらに好ましい範囲は、25〜40%である。 The porosity of the negative electrode (excluding the current collector) is preferably in the range of 20 to 50%. As a result, it is possible to obtain a negative electrode having excellent affinity between the negative electrode and the electrolyte and having a high density. A more preferred range of porosity is 25-40%.

導電剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛などの炭素材料やニッケル、亜鉛などの金属粉末を挙げることができる。導電剤の種類は1種類または2種類以上にすることができる。炭素材料は、それ自身から水素が発生するため、導電剤には金属粉末を使用することが望ましい。 Examples of the conductive agent include carbon materials such as acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber and graphite, and metal powders such as nickel and zinc. The type of the conductive agent can be one type or two or more types. Since hydrogen is generated from the carbon material itself, it is desirable to use a metal powder as the conductive agent.

結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、エチレン−ブタジエンゴム、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリイミド(PI)、ポリアクリルイミド(PAI)などが挙げられる。結着剤の種類は1種類または2種類以上にすることができる。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluororubber, ethylene-butadiene rubber, polypropylene (PP), polyethylene (PE), carboxymethyl cellulose (CMC), and polyimide ( PI), polyacrylicimide (PAI) and the like. The type of binder can be one or more.

負極活物質、導電剤及び結着剤の負極活物質層における配合比については、負極活物質は70重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上20重量%以下、結着剤は2重量%以上10重量%以下の範囲にすることが好ましい。導電剤の配合比が3重量%以上であれば負極の導電性を良好にすることができ、20重量%以下であれば導電剤表面での電解質の分解を低減することができる。結着剤の配合比が2重量%以上であれば十分な電極強度が得られ、10重量%以下であれば電極の絶縁部を減少させることが出来る。 Regarding the compounding ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder in the negative electrode active material layer, the negative electrode active material is 70% by weight or more and 95% by weight or less, the conductive agent is 3% by weight or more and 20% by weight or less, and the binder is It is preferably in the range of 2% by weight or more and 10% by weight or less. When the compounding ratio of the conductive agent is 3% by weight or more, the conductivity of the negative electrode can be improved, and when it is 20% by weight or less, the decomposition of the electrolyte on the surface of the conductive agent can be reduced. When the compounding ratio of the binder is 2% by weight or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is 10% by weight or less, the insulating portion of the electrode can be reduced.

負極は、例えば次のようにして作製することができる。先ず、負極活物質、導電剤及び結着剤を適切な溶媒に分散させてスラリーを調製する。このスラリーを集電体に塗布し、塗膜を乾燥させることで集電体上に負極活物質層を形成する。ここで、例えばスラリーを集電体上の1つの面に塗布してもよく、またはスラリーを集電体上の1つの面とその裏面とに塗布してもよい。次いで、集電体と負極活物質層とに対し、例えば加熱プレスなどのプレスを施すことにより負極を作製することができる。 The negative electrode can be produced, for example, as follows. First, the negative electrode active material, the conductive agent and the binder are dispersed in an appropriate solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to the current collector and the coating film is dried to form a negative electrode active material layer on the current collector. Here, for example, the slurry may be applied to one surface on the current collector, or the slurry may be applied to one surface on the current collector and its back surface. Next, the negative electrode can be produced by applying a press such as a heating press to the current collector and the negative electrode active material layer.

(正極)
この正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを有することができる。
(Positive electrode)
This positive electrode can have a positive electrode current collector and a positive electrode layer supported on one or both sides of the positive electrode current collector and containing an active material, a conductive agent, and a binder.

正極集電体としてはステンレス、Al、Tiなどの金属からなる箔、多孔体、メッシュを用いることが好ましい。集電体と電解質との反応による集電体の腐食を防止するため、集電体表面を異種元素で被覆してもよい。 As the positive electrode current collector, it is preferable to use a foil, a porous body, or a mesh made of a metal such as stainless steel, Al, or Ti. In order to prevent corrosion of the current collector due to the reaction between the current collector and the electrolyte, the surface of the current collector may be coated with a different element.

正極活物質には、リチウムやナトリウムを吸蔵放出可能なものが使用され得る。正極は、1種類の正極活物質を含んでも良く、或いは2種類以上の正極活物質を含むことができる。正極活物質の例には、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルトアルミニウム複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウム鉄酸化物、リチウムフッ素化硫酸鉄、オリビン結晶構造のリン酸化合物(例えば、LixFePO(0≦x≦1)、LixMnPO(0≦x≦1))などが含まれる。オリビン結晶構造のリン酸化合物は、熱安定性に優れている。 As the positive electrode active material, a material capable of occluding and releasing lithium and sodium can be used. The positive electrode may contain one kind of positive electrode active material, or may contain two or more kinds of positive electrode active materials. Examples of positive electrode active materials include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt aluminum composite oxide, lithium nickel cobalt manganese composite oxide, spinel type lithium manganese nickel composite oxide, and lithium manganese cobalt composite oxide. , Lithium iron oxide, lithium fluorinated sulfate, phosphoric acid compounds having an olivine crystal structure (for example, Li x FePO 4 (0 ≦ x ≦ 1), Li x MnPO 4 (0 ≦ x ≦ 1)) and the like. .. The phosphoric acid compound having an olivine crystal structure is excellent in thermal stability.

高い正極電位の得られる正極活物質の例を以下に記載する。例えばスピネル構造のLixMn(0<x≦1)、LixMnO(0<x≦1)などのリチウムマンガン複合酸化物、例えばLixNi1−yAly(0<x≦1、0<y≦1)などのリチウムニッケルアルミニウム複合酸化物、例えばLixCoO(0<x≦1)などのリチウムコバルト複合酸化物、例えばLixNi1−y−zCoyMnz(0<x≦1、0<y≦1、0≦z≦1)などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、例えばLixMnyCo1−y(0<x≦1、0<y≦1)などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、例えばLixMn2−yNiy(0<x≦1、0<y<2)などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、例えばLixFePO(0<x≦1)、LixFe1−yMnyPO(0<x≦1、0≦y≦1)、LixCoPO(0<x≦1)などのオリビン構造を有するリチウムリン酸化物、フッ素化硫酸鉄(例えばLixFeSOF(0<x≦1))が挙げられる。 Examples of positive electrode active materials that can obtain a high positive electrode potential are described below. For example a spinel structure Li x Mn 2 O 4 (0 <x ≦ 1), Li x MnO 2 (0 <x ≦ 1) lithium manganese composite oxide such as, for example, Li x Ni 1-y Al y O 2 (0 Lithium nickel-aluminum composite oxides such as <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), such as lithium cobalt composite oxides such as Li x CoO 2 (0 <x ≦ 1), such as Li x Ni 1-y−z Co. Lithium nickel-cobalt composite oxides such as y Mn z O 2 (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), such as Li x Mn y Co 1-y O 2 (0 <x ≦ 1). , 0 <y ≦ 1) and other lithium manganese cobalt composite oxides, for example spinel type lithium manganese nickel composite oxides such as Li x Mn 2-y N y O 4 (0 <x ≦ 1, 0 <y <2). For example, Li x FePO 4 (0 <x ≦ 1), Li x Fe 1-y Mn y PO 4 (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), Li x CoPO 4 (0 <x ≦ 1), etc. Examples thereof include a lithium phosphorus oxide having an olivine structure and iron fluorinated sulfate (for example, Li x FeSO 4 F (0 <x ≦ 1)).

また、ナトリウムマンガン複合酸化物、ナトリウムニッケル複合酸化物、ナトリムコバルト複合酸化物、ナトリムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、ナトリウム鉄複合酸化物、ナトリウムリン酸化物(例えば、ナトリウムリン酸鉄、ナトリウムリン酸バナジウム)、ナトリウム鉄マンガン複合酸化物、ナトリウムニッケルチタン複合酸化物、ナトリウムニッケル鉄複合酸化物、ナトリウムニッケルマンガン複合酸化物などが含まれる。 In addition, sodium manganese composite oxide, sodium nickel composite oxide, Natrim cobalt composite oxide, Natrim nickel cobalt manganese composite oxide, sodium iron composite oxide, sodium phosphorus oxide (for example, iron sodium phosphate, vanadium sodium phosphate). ), Sodium iron-manganese composite oxide, sodium nickel titanium composite oxide, sodium nickel iron composite oxide, sodium nickel manganese composite oxide and the like.

好ましい正極活物質の例に、鉄複合酸化物(例えばNayFeO、0≦y≦1)、鉄マンガン複合酸化物(例えばNayFe1−xMnx、0<x<1、0≦y≦1)、ニッケルチタン複合酸化物(例えばNayNi1−xTix、0<x<1、0≦y≦1)、ニッケル鉄複合酸化物(例えばNayNi1−xFex、0<x<1、0≦y≦1)、ニッケルマンガン複合酸化物(例えばNayNi1−xMnx、0<x<1、0≦y≦1)、ニッケルマンガン鉄複合酸化物(例えばNayNi1−x−zMnxFez、0<x<1、0≦y≦1、0<z<1、0<1−x−z<1)、リン酸鉄(例えばNayFePO、0≦y≦1)が含まれる。 Examples of preferred positive electrode active material, iron composite oxide (e.g., Na y FeO 2, 0 ≦ y ≦ 1), iron-manganese composite oxide (e.g., Na y Fe 1-x Mn x O 2, 0 <x <1, 0 ≦ y ≦ 1), nickel-titanium composite oxide (eg Na y Ni 1-x Ti x O 2 , 0 <x <1, 0 ≦ y ≦ 1), nickel iron composite oxide (eg Na y Ni 1-) x Fe x O 2, 0 < x <1,0 ≦ y ≦ 1), nickel-manganese composite oxide (e.g., Na y Ni 1-x Mn x O 2, 0 <x <1,0 ≦ y ≦ 1), nickel manganese iron composite oxide (e.g., Na y Ni 1-x-z Mn x Fe z O 2, 0 <x <1,0 ≦ y ≦ 1,0 <z <1,0 <1-x-z <1 ) include iron phosphate (e.g. Na y FePO 4, 0 ≦ y ≦ 1).

正極活物質の粒子は、単独の一次粒子、一次粒子の凝集体である二次粒子、または単独の一次粒子と二次粒子の双方を含むものであり得る。正極活物質の一次粒子の平均粒子径(直径)は10μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1μm〜5μmである。正極活物質の二次粒子の平均粒子径(直径)は100μm以下であることが好ましく、より好ましくは10μm〜50μmである。 The particles of the positive electrode active material can include single primary particles, secondary particles that are aggregates of primary particles, or both single primary particles and secondary particles. The average particle size (diameter) of the primary particles of the positive electrode active material is preferably 10 μm or less, more preferably 0.1 μm to 5 μm. The average particle size (diameter) of the secondary particles of the positive electrode active material is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm to 50 μm.

正極活物質の粒子表面の少なくとも一部が炭素材料で被覆されていることが好ましい。炭素材料は、層構造、粒子構造、あるいは粒子の集合体の形態をとり得る。 It is preferable that at least a part of the particle surface of the positive electrode active material is coated with a carbon material. The carbon material can take the form of a layered structure, a particle structure, or an aggregate of particles.

正極層の電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、平均繊維径1μm以下の炭素繊維等を挙げることができる。導電剤の種類は1種類又は2種類以上にすることができる。 Examples of the conductive agent for increasing the electron conductivity of the positive electrode layer and suppressing the contact resistance with the current collector include acetylene black, carbon black, graphite, carbon fibers having an average fiber diameter of 1 μm or less, and the like. The type of the conductive agent can be one type or two or more types.

活物質と導電剤とを結着させるための結着剤は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、エチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリイミド(PI)、ポリアクリルイミド(PAI)を含む。結着剤の種類は1種類又は2種類以上にすることができる。 The binder for binding the active material and the conductive agent is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluororubber, ethylene-butadiene rubber (SBR), polypropylene (PP). , Polyethylene (PE), Carboxymethyl Cellulose (CMC), Polyimide (PI), Polyacrylicimide (PAI). The type of binder may be one type or two or more types.

正極活物質、導電剤及び結着剤の正極層における配合比については、正極活物質は70重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上20重量%以下、結着剤は2重量%以上10重量%以下の範囲にすることが好ましい。導電剤の配合比が3重量%以上であれば正極の導電性を良好にすることができ、20重量%以下であれば導電剤表面での電解質の分解を低減することができる。結着剤の配合比が2重量%以上であれば十分な電極強度が得られ、10重量%以下であれば電極の絶縁部を減少させることが出来る。 Regarding the compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder in the positive electrode layer, the positive electrode active material is 70% by weight or more and 95% by weight or less, the conductive agent is 3% by weight or more and 20% by weight or less, and the binder is 2% by weight. It is preferably in the range of% or more and 10% by weight or less. When the compounding ratio of the conductive agent is 3% by weight or more, the conductivity of the positive electrode can be improved, and when it is 20% by weight or less, the decomposition of the electrolyte on the surface of the conductive agent can be reduced. When the compounding ratio of the binder is 2% by weight or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is 10% by weight or less, the insulating portion of the electrode can be reduced.

正極は、例えば次のようにして作製することができる。先ず、正極活物質、導電剤及び結着剤を適切な溶媒に分散させてスラリーを調製する。このスラリーを集電体に塗布し、塗膜を乾燥させることで集電体上に正極層を形成する。ここで、例えばスラリーを集電体上の1つの面に塗布してもよく、またはスラリーを集電体上の1つの面とその裏面とに塗布してもよい。次いで、集電体と正極層とに対し、例えば加熱プレスなどのプレスを施すことにより正極を作製することができる。 The positive electrode can be produced, for example, as follows. First, a positive electrode active material, a conductive agent and a binder are dispersed in an appropriate solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to a current collector and the coating film is dried to form a positive electrode layer on the current collector. Here, for example, the slurry may be applied to one surface on the current collector, or the slurry may be applied to one surface on the current collector and its back surface. Next, the positive electrode can be produced by applying a press such as a heating press to the current collector and the positive electrode layer.

(容器)
正極、負極及び電解質が収容される容器には、金属製容器や、ラミネートフィルム製容器、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂容器を使用することができる。
(container)
As the container in which the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte are housed, a metal container, a laminated film container, and a resin container such as polyethylene or polypropylene can be used.

金属製容器としては、ニッケル、鉄、ステンレス、元素Aなどからなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが使用できる。 As the metal container, a metal can made of nickel, iron, stainless steel, element A or the like and having a square or cylindrical shape can be used.

樹脂製容器、金属製容器それぞれの板厚は、1mm以下にすることが望ましく、さらに好ましい範囲は0.5mm以下である。さらに好ましい範囲は0.3mm以下である。また、板厚の下限値は、0.05mmにすることが望ましい。 The plate thickness of each of the resin container and the metal container is preferably 1 mm or less, and a more preferable range is 0.5 mm or less. A more preferable range is 0.3 mm or less. Further, it is desirable that the lower limit of the plate thickness is 0.05 mm.

ラミネートフィルムとしては、例えば、金属層を樹脂層で被覆した多層フィルムなどを挙げることができる。金属層の例に、ステンレス箔、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔が含まれる。樹脂層には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子を用いることができる。ラミネートフィルムの厚さの好ましい範囲は、0.5mm以下である。より好ましい範囲は0.2mm以下である。また、ラミネートフィルムの厚さの下限値は、0.01mmにすることが望ましい。 Examples of the laminated film include a multilayer film in which a metal layer is coated with a resin layer. Examples of metal layers include stainless steel foils, aluminum foils, and aluminum alloy foils. As the resin layer, a polymer such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, or polyethylene terephthalate (PET) can be used. The preferable range of the thickness of the laminated film is 0.5 mm or less. A more preferable range is 0.2 mm or less. Further, it is desirable that the lower limit of the thickness of the laminated film is 0.01 mm.

実施形態に係る二次電池は、角形、円筒形、扁平型、薄型、コイン型等の様々な形態の二次電池に適用することが可能である。さらにバイポーラ構造を有する二次電池であることが好ましい。これにより複数直列のセルを1個のセルで作製できる利点がある。 The secondary battery according to the embodiment can be applied to various types of secondary batteries such as a square type, a cylindrical type, a flat type, a thin type, and a coin type. Further, it is preferable that the secondary battery has a bipolar structure. This has the advantage that a plurality of series of cells can be produced by one cell.

図1は、実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。
図1に示す二次電池10は、負極集電体3a及び負極活物質層3bを含んだ負極3、正極集電体5a及び正極活物質層5bを含んだ正極5、正極と接している第1水系電解質11、負極と接している第2水系電解質12、並びに外装部材2を備えている。負極活物質層3bは、負極集電体3aの両面の一部に設けられている。正極活物質層5bは、正極集電体5aの両面の一部に設けられている。負極集電体3aのうち、負極活物質層3bが設けられていない箇所は、負極タブ3cとして機能する。正極集電体5aのうち、正極活物質層5bが設けられていない箇所は、正極タブ5cとして機能する。負極3と正極5の間にセパレータ4が存在している。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a secondary battery according to an embodiment.
The secondary battery 10 shown in FIG. 1 is in contact with the negative electrode 3 including the negative electrode current collector 3a and the negative electrode active material layer 3b, the positive electrode 5 including the positive electrode current collector 5a and the positive electrode active material layer 5b, and the positive electrode. It includes a 1-water-based electrolyte 11, a second water-based electrolyte 12 in contact with a negative electrode, and an exterior member 2. The negative electrode active material layer 3b is provided on a part of both sides of the negative electrode current collector 3a. The positive electrode active material layer 5b is provided on a part of both sides of the positive electrode current collector 5a. The portion of the negative electrode current collector 3a where the negative electrode active material layer 3b is not provided functions as a negative electrode tab 3c. Of the positive electrode current collector 5a, the portion where the positive electrode active material layer 5b is not provided functions as the positive electrode tab 5c. A separator 4 exists between the negative electrode 3 and the positive electrode 5.

正極5は、正極タブ5cが外部に突出した状態で外装部材2に収容されている。負極3は、負極タブ3cが外部に突出した状態で外装部材2に収容されている。第1水系電解質11及び第2水系電解質12は、外装部材2に収容されている。 The positive electrode 5 is housed in the exterior member 2 with the positive electrode tab 5c protruding outward. The negative electrode 3 is housed in the exterior member 2 with the negative electrode tab 3c protruding outward. The first aqueous electrolyte 11 and the second aqueous electrolyte 12 are housed in the exterior member 2.

図1に示す二次電池10が含む第1水系電解質11は、ゲル状水系電解質である。第2水系電解質12は液状水系電解質である。図示していないが、第1水系電解質11が液状水系電解質であり、第2水系電解質12がゲル状水系電解質であってもよいし、第1水系電解質11と第2水系電解質12の両方が液状水系電解質であっても、両方がゲル状水系電解質であってもよい。 The first water-based electrolyte 11 contained in the secondary battery 10 shown in FIG. 1 is a gel-like water-based electrolyte. The second aqueous electrolyte 12 is a liquid aqueous electrolyte. Although not shown, the first aqueous electrolyte 11 may be a liquid aqueous electrolyte, the second aqueous electrolyte 12 may be a gel-like aqueous electrolyte, and both the first aqueous electrolyte 11 and the second aqueous electrolyte 12 are liquid. It may be an aqueous electrolyte or both may be gelled aqueous electrolytes.

図2及び図3を参照しながら、本実施形態に係る二次電池の他の一例について説明する。 Another example of the secondary battery according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

図2は、実施形態に係る二次電池の他の例を示す概略的に示す断面図である。図3は、図2のA部の拡大断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the secondary battery according to the embodiment. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part A in FIG.

図2及び図3に示す二次電池10は、扁平状の捲回電極群1を具備する。
捲回電極群1は、図3に示すように、負極3、セパレータ4、正極5及び第1水系電解質11を備える。第1水系電解質11は、正極5の両面に設けられている。セパレータ4は、第1水系電解質11と、負極3との間に介在している。この捲回電極群1は、負極3、セパレータ4、及び、両面に第1水系電解質11が設けられた正極5を積層して形成した積層物を、図3に示すように負極3を外側にして渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成できる。
The secondary battery 10 shown in FIGS. 2 and 3 includes a flat wound electrode group 1.
As shown in FIG. 3, the wound electrode group 1 includes a negative electrode 3, a separator 4, a positive electrode 5, and a first aqueous electrolyte 11. The first aqueous electrolyte 11 is provided on both sides of the positive electrode 5. The separator 4 is interposed between the first aqueous electrolyte 11 and the negative electrode 3. The wound electrode group 1 is formed by laminating a negative electrode 3, a separator 4, and a positive electrode 5 provided with a first aqueous electrolyte 11 on both sides thereof, with the negative electrode 3 on the outside as shown in FIG. It can be formed by winding it in a spiral shape and press-molding it.

負極3は、負極集電体3aと負極活物質層3bとを含む。最外殻の負極3は、図3に示すように負極集電体3aの内面側の片面のみに負極活物質層3bを形成した構成を有する。その他の負極3は、負極集電体3aの両面に負極活物質層3bが形成されている。 The negative electrode 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material layer 3b. As shown in FIG. 3, the outermost negative electrode 3 has a structure in which the negative electrode active material layer 3b is formed only on one surface on the inner surface side of the negative electrode current collector 3a. In the other negative electrode 3, negative electrode active material layers 3b are formed on both sides of the negative electrode current collector 3a.

正極5は、正極集電体5aの両面に正極活物質層5bが形成されている。正極5aの両面に形成された正極活物質層5b上に、第1水系電解質11が積層されている。 In the positive electrode 5, positive electrode active material layers 5b are formed on both sides of the positive electrode current collector 5a. The first aqueous electrolyte 11 is laminated on the positive electrode active material layer 5b formed on both sides of the positive electrode 5a.

図2及び図3に示すように、捲回電極群1の外周端近傍において、負極端子6が最外殻の負極3の負極集電体3aに接続され、正極端子7が内側の正極5の正極集電体5aに接続されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, in the vicinity of the outer peripheral end of the wound electrode group 1, the negative electrode terminal 6 is connected to the negative electrode current collector 3a of the outermost negative electrode 3, and the positive electrode terminal 7 is the inner positive electrode 5. It is connected to the positive electrode current collector 5a.

捲回型電極群1は、2枚の樹脂層の間に金属層が介在したラミネートフィルムからなる外装部材(袋状容器)2内に収納されている。 The wound electrode group 1 is housed in an exterior member (bag-shaped container) 2 made of a laminated film in which a metal layer is interposed between two resin layers.

負極端子6及び正極端子7は、袋状容器2の開口部から外部に延出されている。例えば液状の第2水系電解質(図示していない)が、袋状容器2の開口部から注入されて、袋状容器2内に収納されている。 The negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extend outward from the opening of the bag-shaped container 2. For example, a liquid second aqueous electrolyte (not shown) is injected through the opening of the bag-shaped container 2 and stored in the bag-shaped container 2.

袋状容器2の開口部を負極端子6及び正極端子7を挟んでヒートシールすることにより、捲回電極群1及び第2水系電解質が完全密封されている。図2及び図3に示す二次電池10において、正極5は第1水系電解質と接しており、負極3は第2水系電解質と接している。 By heat-sealing the opening of the bag-shaped container 2 with the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 interposed therebetween, the wound electrode group 1 and the second aqueous electrolyte are completely sealed. In the secondary batteries 10 shown in FIGS. 2 and 3, the positive electrode 5 is in contact with the first aqueous electrolyte, and the negative electrode 3 is in contact with the second aqueous electrolyte.

以上に説明した実施形態によれば、第1の実施形態に係る二次電池は、正極と、正極に保持される第1水系電解質と、負極と、負極に保持される第2水系電解質と、正極と負極との間に介在するセパレータとを備え、第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧との差は第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧のいずれか大きい方に対して90%以下である。このような構成であることで、第1水系電解質と第2水系電解質が混ざることを防ぐことができ、それぞれの水系電解質を適正なpHに保つことができ、水系電解質に含まれる水の電気分解を防ぐことができる。そのため、貯蔵性能及びサイクル特性に優れた二次電池を提供することができる。 According to the embodiment described above, the secondary battery according to the first embodiment includes a positive electrode, a first aqueous electrolyte held by the positive electrode, a negative electrode, and a second aqueous electrolyte held by the negative electrode. A separator is provided between the positive electrode and the negative electrode, and the difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte is either the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte or the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte. It is 90% or less with respect to the larger one. With such a configuration, it is possible to prevent the first water-based electrolyte and the second water-based electrolyte from being mixed, and it is possible to maintain the respective water-based electrolytes at an appropriate pH, and the electrolysis of water contained in the water-based electrolyte is possible. Can be prevented. Therefore, it is possible to provide a secondary battery having excellent storage performance and cycle characteristics.

(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、二次電池を単位セルとする組電池を提供することができる。二次電池には、第1の実施形態の二次電池を用いることができる。
(Second embodiment)
According to the second embodiment, it is possible to provide an assembled battery having a secondary battery as a unit cell. As the secondary battery, the secondary battery of the first embodiment can be used.

組電池の例には、電気的に直列又は並列に接続された複数の単位セルを構成単位として含むもの、電気的に直列接続された複数の単位セルからなるユニットまたは電気的に並列接続された複数の単位セルからなるユニットを含むもの等を挙げることができる。 Examples of assembled batteries include a plurality of unit cells electrically connected in series or in parallel as a constituent unit, a unit composed of a plurality of electrically connected unit cells in series, or electrically connected in parallel. Examples thereof include those including a unit composed of a plurality of unit cells.

組電池は、筐体に収容されていても良い。筐体は、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる金属缶、プラスチック容器等が使用できる。また、容器の板厚は、0.5mm以上にすることが望ましい。 The assembled battery may be housed in a housing. As the housing, a metal can made of aluminum alloy, iron, stainless steel, etc., a plastic container, or the like can be used. Further, it is desirable that the plate thickness of the container is 0.5 mm or more.

二次電池の複数個を電気的に直列又は並列接続する形態の例には、それぞれが容器を備えた複数の二次電池を電気的に直列又は並列接続するもの、共通の筐体内に収容された複数の電極群を電気的に直列又は並列接続するものが含まれる。前者の具体例は、複数個の二次電池の正極端子と負極端子を金属製のバスバー(例えば、アルミニウム、ニッケル、銅)で接続するものである。後者の具体例は、1個の筐体内に複数個の電極群を隔壁により電気化学的に絶縁した状態で収容し、これら電極群を電気的に直列接続するものである。電気的に直列接続する電池個数を5〜7の範囲にすることにより、鉛蓄電池との電圧互換性が良好になる。鉛蓄電池との電圧互換性をより高くするには、単位セルを5個または6個直列接続した構成が好ましい。 Examples of the form in which a plurality of secondary batteries are electrically connected in series or in parallel include those in which a plurality of secondary batteries each having a container are electrically connected in series or in parallel, and are housed in a common housing. This includes those in which a plurality of electrode groups are electrically connected in series or in parallel. A specific example of the former is to connect the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of a plurality of secondary batteries with a metal bus bar (for example, aluminum, nickel, copper). A specific example of the latter is that a plurality of electrode groups are accommodated in one housing in a state of being electrochemically insulated by a partition wall, and these electrode groups are electrically connected in series. By setting the number of batteries electrically connected in series in the range of 5 to 7, the voltage compatibility with the lead storage battery is improved. In order to improve the voltage compatibility with the lead storage battery, a configuration in which 5 or 6 unit cells are connected in series is preferable.

組電池の一例を、図4を参照して説明する。図4に示す組電池31は、第1の実施形態に係る角型の二次電池(例えば図1、図2)32〜32を単位セルとして複数備える。電池32の正極導電タブ8と、その隣に位置する電池32の負極導電タブ9とが、リード33によって電気的に接続されている。さらに、この電池32の正極導電タブ8とその隣に位置する電池32の負極導電タブ9とが、リード33によって電気的に接続されている。このように電池32〜32間が直列に接続されている。 An example of the assembled battery will be described with reference to FIG. FIG assembled battery 31 shown in 4 includes a plurality prismatic secondary battery according to the first embodiment (e.g. FIG. 1, FIG. 2) 32 1-32 5 as a unit cell. Positive electrode conductive tab 8 of the battery 32 1, a negative electrode conductive tab 9 of the battery 32 2 located next to it, are electrically connected by a lead 33. Furthermore, a positive electrode conductive tab 8 of the battery 32 2 and the negative electrode conductive tab 9 of the battery 32 3 positioned next to it, are electrically connected by a lead 33. Thus between the battery 321 to 323 5 are connected in series.

第2の実施形態の組電池によれば、第1の実施形態に係る二次電池含んでいるため、貯蔵性能及びサイクル特性に優れた組電池を提供することができる。 According to the assembled battery of the second embodiment, since the secondary battery according to the first embodiment is included, it is possible to provide an assembled battery having excellent storage performance and cycle characteristics.

(第3の実施形態)
第3の実施形態によれば、電池パックが提供される。この電池パックは、第1の実施形態に係る二次電池具備している。
(Third Embodiment)
According to the third embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes a secondary battery according to the first embodiment.

第3の実施形態に係る電池パックは、先に説明した第1の実施形態に係る二次電池(単位セル)を1個または複数個具備することができる。第3の実施形態に係る電池パックに含まれ得る複数の二次電池は、電気的に直列、並列、又は直列および並列を組み合わせて接続されることができる。また、複数の二次電池は、電気的に接続された組電池を構成することもできる。複数の二次電池から組電池を構成する場合、第2の実施形態の組電池を使用することができる。 The battery pack according to the third embodiment may include one or more secondary batteries (unit cells) according to the first embodiment described above. The plurality of secondary batteries that can be included in the battery pack according to the third embodiment can be electrically connected in series, in parallel, or in combination of series and parallel. Further, the plurality of secondary batteries can also form an electrically connected assembled battery. When the assembled battery is composed of a plurality of secondary batteries, the assembled battery of the second embodiment can be used.

第3の実施形態に係る電池パックは、保護回路をさらに具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御するものである。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用することができる。 The battery pack according to the third embodiment may further include a protection circuit. The protection circuit controls the charging and discharging of the secondary battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses the battery pack as a power source (for example, an electronic device, an automobile, etc.) can be used as a protection circuit of the battery pack.

また、第3の実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子をさらに具備することもできる。通電用の外部端子は、二次電池からの電流を外部に出力するため、及び/又は単位セル51に電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子59を通して電池パックに供給される。 Further, the battery pack according to the third embodiment may further include an external terminal for energization. The external terminal for energization is for outputting the current from the secondary battery to the outside and / or for inputting the current to the unit cell 51. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through an external terminal for energization. Further, when charging the battery pack, a charging current (including regenerative energy of power of an automobile or the like) is supplied to the battery pack through an external terminal 59 for energization.

第3の実施形態に係る電池パックの例を、図5を参照して説明する。図5は、電池パックの一例を示す模式的な斜視図である。 An example of the battery pack according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of a battery pack.

電池パック40は、図3、5に示す二次電池からなる組電池を備える。電池パック40は、筐体41と、筐体41内に収容された組電池42とを含む。組電池42は、複数(例えば5個)の二次電池43〜43が電気的に直列に接続されたものである。二次電池43〜43は、厚さ方向に積層されている。筐体41は、上部及び4つの側面それぞれに開口部44を有している。二次電池43〜43の正負極端子12、13が突出している側面が、筐体41の開口部44に露出している。組電池42の出力用正極端子45は、帯状をなし、一端が二次電池43〜43のいずれかの正極端子13と電気的に接続され、かつ他端が筐体41の開口部44から突出して筐体41の上部から突き出ている。一方、組電池42の出力用負極端子46は、帯状をなし、一端が二次電池43〜43のいずれかの負極端子12と電気的に接続され、かつ他端が筐体41の開口部44から突出して筐体41の上部から突き出ている。 The battery pack 40 includes an assembled battery composed of the secondary batteries shown in FIGS. 3 and 5. The battery pack 40 includes a housing 41 and an assembled battery 42 housed in the housing 41. Battery pack 42 has a plurality (e.g. five) of the rechargeable battery 43 1-43 5 are electrically connected in series. The secondary battery 43 1-43 5 is laminated in the thickness direction. The housing 41 has openings 44 on each of the upper part and the four side surfaces. Side positive and negative terminals 12, 13 of the secondary battery 43 1-43 5 is protruded is exposed to the opening 44 of the housing 41. Output positive terminal 45 of the assembled battery 42, without a band, one end connected secondary battery 43 1-43 5 either positive terminal 13 electrically in, and opening 44 of the other end housing 41 It protrudes from the upper part of the housing 41. On the other hand, the output negative terminal 46 of the assembled battery 42, without a band, one end connected secondary battery 43 1-43 either the negative terminal of the 5 12 electrically, and the other end of the housing 41 opening It protrudes from the portion 44 and protrudes from the upper part of the housing 41.

第3の実施形態に係る電池パックの別の例を図6および図7を参照して詳細に説明する。図6は、第3の実施形態に係る他の例の電池パックの分解斜視図である。図7は、図6の電池パックの電気回路を示すブロック図である。 Another example of the battery pack according to the third embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is an exploded perspective view of a battery pack of another example according to the third embodiment. FIG. 7 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack of FIG.

扁平型の二次電池から構成される複数の単位セル51は、外部に延出した負極端子52および正極端子53が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ54で締結することにより組電池55を構成している。これらの単位セル51は、図7に示すように互いに電気的に直列に接続されている。 A plurality of unit cells 51 composed of a flat secondary battery are laminated so that the negative electrode terminals 52 and the positive electrode terminals 53 extending to the outside are aligned in the same direction, and are fastened with an adhesive tape 54 to form an assembled battery. It constitutes 55. These unit cells 51 are electrically connected in series with each other as shown in FIG.

プリント配線基板56は、負極端子52および正極端子53が延出する単位セル51側面と対向して配置されている。プリント配線基板56には、図7に示すようにサーミスタ57、保護回路58及び通電用の外部端子59が搭載されている。なお、組電池55と対向するプリント配線基板56の面には組電池55の配線と不要な接続を回避するために絶縁板(図示せず)が取り付けられている。 The printed wiring board 56 is arranged so as to face the side surface of the unit cell 51 in which the negative electrode terminal 52 and the positive electrode terminal 53 extend. As shown in FIG. 7, the printed wiring board 56 is equipped with a thermistor 57, a protection circuit 58, and an external terminal 59 for energization. An insulating plate (not shown) is attached to the surface of the printed wiring board 56 facing the assembled battery 55 in order to avoid unnecessary connection with the wiring of the assembled battery 55.

正極リード60は、組電池55の最下層に位置する正極端子53に接続され、その先端はプリント配線基板56の正極コネクタ61に挿入されて電気的に接続されている。負極リード62は、組電池55の最上層に位置する負極端子52に接続され、その先端はプリント配線基板56の負極側コネクタ63に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ61、63は、プリント配線基板56に形成された配線64、65を通して保護回路58に接続されている。 The positive electrode lead 60 is connected to a positive electrode terminal 53 located at the bottom layer of the assembled battery 55, and its tip is inserted into a positive electrode connector 61 of a printed wiring board 56 and electrically connected. The negative electrode lead 62 is connected to the negative electrode terminal 52 located on the uppermost layer of the assembled battery 55, and the tip thereof is inserted into the negative electrode side connector 63 of the printed wiring board 56 and electrically connected. These connectors 61 and 63 are connected to the protection circuit 58 through the wirings 64 and 65 formed on the printed wiring board 56.

サーミスタ57は、単位セル51の温度を検出し、その検出信号は保護回路58に送信される。保護回路58は、所定の条件で保護回路58と通電用の外部端子59との間のプラス配線66aおよびマイナス配線66bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ57の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件とは単位セル51の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単位セル51もしくは組電池55について行われる。個々の単位セル51を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単位セル51中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図6および図7の場合、単位セル51それぞれに電圧検出のための配線67を接続し、これら配線67を通して検出信号が保護回路58に送信される。 The thermistor 57 detects the temperature of the unit cell 51, and the detection signal is transmitted to the protection circuit 58. The protection circuit 58 can cut off the positive wiring 66a and the negative wiring 66b between the protection circuit 58 and the external terminal 59 for energization under predetermined conditions. The predetermined condition is, for example, when the detection temperature of the thermistor 57 becomes equal to or higher than the predetermined temperature. Further, the predetermined condition is when overcharge, overdischarge, overcurrent, etc. of the unit cell 51 are detected. The detection of overcharging or the like is performed on each unit cell 51 or the assembled battery 55. When detecting the individual unit cells 51, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each unit cell 51. In the case of FIGS. 6 and 7, a wiring 67 for voltage detection is connected to each of the unit cells 51, and a detection signal is transmitted to the protection circuit 58 through these wirings 67.

正極端子53および負極端子52が突出する側面を除く組電池55の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート68がそれぞれ配置されている。 Protective sheets 68 made of rubber or resin are arranged on the three side surfaces of the assembled battery 55 except for the side surfaces on which the positive electrode terminal 53 and the negative electrode terminal 52 project.

組電池55は、各保護シート68およびプリント配線基板56と共に収納容器69内に収納される。すなわち、収納容器69の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート68が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板56が配置される。組電池55は、保護シート68およびプリント配線基板56で囲まれた空間内に位置する。蓋70は、収納容器69の上面に取り付けられている。 The assembled battery 55 is housed in the storage container 69 together with the protective sheet 68 and the printed wiring board 56. That is, the protective sheet 68 is arranged on both inner side surfaces in the long side direction and the inner side surface in the short side direction of the storage container 69, and the printed wiring board 56 is arranged on the inner side surface on the opposite side in the short side direction. The assembled battery 55 is located in a space surrounded by the protective sheet 68 and the printed wiring board 56. The lid 70 is attached to the upper surface of the storage container 69.

なお、組電池55の固定には粘着テープ54に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。 A heat-shrinkable tape may be used instead of the adhesive tape 54 to fix the assembled battery 55. In this case, protective sheets are arranged on both side surfaces of the assembled battery, the heat-shrinkable tape is circulated, and then the heat-shrinkable tape is heat-shrinked to bind the assembled battery.

図6、図7では単位セル51を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続してもよい。或いは、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。さらに、組み上がった電池パックを直列および/または並列に接続することもできる。 Although the unit cells 51 are connected in series in FIGS. 6 and 7, they may be connected in parallel in order to increase the battery capacity. Alternatively, a series connection and a parallel connection may be combined. In addition, the assembled battery packs can be connected in series and / or in parallel.

また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。電池パックの用途としては、大電流での充放電が望まれるものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、鉄道用車両等の車両の車載用、並びに定置用電池としての用途が挙げられる。特に、車載用が好適である。 In addition, the mode of the battery pack is appropriately changed depending on the application. The battery pack is preferably used for charging and discharging with a large current. Specifically, it is used as a power source for digital cameras, in-vehicle vehicles such as two-wheeled to four-wheeled hybrid electric vehicles, two-wheeled to four-wheeled electric vehicles, assisted bicycles, and railroad vehicles, and as stationary batteries. Can be mentioned. In particular, it is suitable for in-vehicle use.

第3の実施形態に係る電池パックを搭載した自動車等の車両において、電池パックは、例えば車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。 In a vehicle such as an automobile equipped with the battery pack according to the third embodiment, the battery pack recovers, for example, the regenerative energy of the power of the vehicle.

以上説明した第3の実施形態の電池パックによれば、第1の実施形態の二次電池を含むため、貯蔵性能及びサイクル特性に優れた電池パックを提供することができる。 According to the battery pack of the third embodiment described above, since the secondary battery of the first embodiment is included, it is possible to provide a battery pack having excellent storage performance and cycle characteristics.

(第4の実施形態)
第4の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第3の実施形態に係る電池パックを搭載している。
(Fourth Embodiment)
According to a fourth embodiment, a vehicle is provided. This vehicle is equipped with the battery pack according to the third embodiment.

第4の実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。 In the vehicle according to the fourth embodiment, the battery pack recovers, for example, the regenerative energy of the power of the vehicle.

第4の実施形態に係る車両の例としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両が挙げられる。 Examples of vehicles according to the fourth embodiment include two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicles, two-wheel to four-wheel electric vehicles, assisted bicycles, and railway vehicles.

第4の実施形態に係る車両における電池パックの搭載位置は、特には限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。 The mounting position of the battery pack in the vehicle according to the fourth embodiment is not particularly limited. For example, when the battery pack is mounted in an automobile, the battery pack can be mounted in the engine room of the vehicle, behind the vehicle body, or under the seat.

次に、第4の実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of the vehicle according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.

図8は、第4の実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of the vehicle according to the fourth embodiment.

図8に示す車両200は、車両本体201と、電池パック202とを含んでいる。電池パック202は、第3の実施形態に係る電池パックであり得る。 The vehicle 200 shown in FIG. 8 includes a vehicle body 201 and a battery pack 202. The battery pack 202 can be the battery pack according to the third embodiment.

図8に示す車両200は、四輪の自動車である。車両200としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両を用いることができる。 The vehicle 200 shown in FIG. 8 is a four-wheeled vehicle. As the vehicle 200, for example, a two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicle, a two-wheel to four-wheel electric vehicle, an assisted bicycle, and a railroad vehicle can be used.

この車両200は、複数の電池パック202を搭載してもよい。この場合、電池パック202は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。 The vehicle 200 may be equipped with a plurality of battery packs 202. In this case, the battery pack 202 may be connected in series, in parallel, or in combination of series connection and parallel connection.

電池パック202は、車両本体201の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている。電池パック202の搭載位置は、特に限定されない。電池パック202は、車両本体201の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック202は、車両200の電源として用いることができる。また、この電池パック202は、車両200の動力の回生エネルギーを回収することができる。 The battery pack 202 is mounted in an engine room located in front of the vehicle body 201. The mounting position of the battery pack 202 is not particularly limited. The battery pack 202 may be mounted behind the vehicle body 201 or under the seat. The battery pack 202 can be used as a power source for the vehicle 200. In addition, the battery pack 202 can recover the regenerative energy of the power of the vehicle 200.

次に、図9を参照しながら、第4の実施形態に係る車両の実施態様について説明する。 Next, an embodiment of the vehicle according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 9.

図9は、第4の実施形態に係る車両の他の例を概略的に示した図である。図9に示す車両300は、電気自動車である。 FIG. 9 is a diagram schematically showing another example of the vehicle according to the fourth embodiment. The vehicle 300 shown in FIG. 9 is an electric vehicle.

図9に示す車両300は、車両本体301と、車両用電源302と、車両用電源302の上位制御手段である車両ECU(ECU:ElectricControl Unit;電気制御装置)380と、外部端子(外部電源に接続するための端子)370と、インバータ340と、駆動モータ345とを備えている。 The vehicle 300 shown in FIG. 9 includes a vehicle body 301, a vehicle power supply 302, a vehicle ECU (Electric Control Unit) 380 which is a higher control means of the vehicle power supply 302, and an external terminal (for an external power supply). It is provided with a terminal for connection) 370, an inverter 340, and a drive motor 345.

車両300は、車両用電源302を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図9に示す、車両300では、車両用電源302の搭載箇所については概略的に示している。 The vehicle 300 mounts the vehicle power supply 302, for example, in the engine room, behind the vehicle body of the vehicle, or under the seat. In the vehicle 300 shown in FIG. 9, the mounting location of the vehicle power supply 302 is schematically shown.

車両用電源302は、複数(例えば3つ)の電池パック312a、312b及び312cと、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)311と、通信バス310と、を備えている。 The vehicle power supply 302 includes a plurality of (for example, three) battery packs 312a, 312b and 312c, a battery management device (BMU: Battery Management Unit) 311 and a communication bus 310.

3つの電池パック312a、312b及び312cは、電気的に直列に接続されている。電池パック312aは、組電池314aと組電池監視装置(VTM:VoltageTemperature Monitoring)313aと、を備えている。電池パック312bは、組電池314bと組電池監視装置313bと、を備えている。電池パック312cは、組電池314cと組電池監視装置313cと、を備えている。電池パック312a、312b、及び312cは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック312と交換することができる。 The three battery packs 312a, 312b and 312c are electrically connected in series. The battery pack 312a includes an assembled battery 314a and an assembled battery monitoring device (VTM: Voltage Temperature Monitoring) 313a. The battery pack 312b includes an assembled battery 314b and an assembled battery monitoring device 313b. The battery pack 312c includes an assembled battery 314c and an assembled battery monitoring device 313c. The battery packs 312a, 312b, and 312c can be removed independently and replaced with another battery pack 312.

組電池314a〜314cのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも1つは、第1の実施形態に係る二次電池である。組電池314a〜314cは、それぞれ、正極端子316及び負極端子317を通じて充放電を行う。 Each of the assembled batteries 314a to 314c includes a plurality of cells connected in series. At least one of the plurality of cell cells is the secondary battery according to the first embodiment. The assembled batteries 314a to 314c are charged and discharged through the positive electrode terminal 316 and the negative electrode terminal 317, respectively.

電池管理装置311は、車両用電源302の保全に関する情報を集めるために、組電池監視装置313a〜313cとの間で通信を行い、車両用電源302に含まれる組電池314a〜314cに含まれる単電池の電圧、及び温度などに関する情報を収集する。 The battery management device 311 communicates with the assembled battery monitoring devices 313a to 313c in order to collect information on the maintenance of the vehicle power supply 302, and is included in the assembled batteries 314a to 314c included in the vehicle power supply 302. Collect information about battery voltage, temperature, etc.

電池管理装置311と組電池監視装置313a〜313cとの間には、通信バス310が接続されている。通信バス310は、1組の通信線を複数のノード(電池管理装置と1つ以上の組電池監視装置と)で共有するように構成されている。通信バス310は、例えばCAN(ControlArea Network)規格に基づいて構成された通信バスである。 A communication bus 310 is connected between the battery management device 311 and the assembled battery monitoring devices 313a to 313c. The communication bus 310 is configured to share a set of communication lines among a plurality of nodes (battery management device and one or more set battery monitoring devices). The communication bus 310 is, for example, a communication bus configured based on the CAN (Control Area Network) standard.

組電池監視装置313a〜313cは、電池管理装置311からの通信による指令に基づいて、組電池314a〜314cを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は1つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。 The assembled battery monitoring devices 313a to 313c measure the voltage and temperature of the individual cells constituting the assembled batteries 314a to 314c based on a command by communication from the battery management device 311. However, the temperature can be measured at only a few points per set battery, and it is not necessary to measure the temperature of all the cells.

車両用電源302は、正極端子316と負極端子317との接続を入り切りするための電磁接触器(例えば図9に示すスイッチ装置333)を有することもできる。スイッチ装置333は、組電池314a〜314cへの充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ(図示せず)、及び電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ(図示せず)を含んでいる。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフされるリレー回路(図示せず)を備えている。 The vehicle power supply 302 may also have an electromagnetic contactor (for example, the switch device 333 shown in FIG. 9) for switching the connection between the positive electrode terminal 316 and the negative electrode terminal 317. The switch device 333 has a precharge switch (not shown) that turns on when the assembled batteries 314a to 314c are charged, and a main switch (not shown) that turns on when the battery output is supplied to the load. Includes. The precharge switch and the main switch include a relay circuit (not shown) that is turned on or off by a signal supplied to a coil arranged in the vicinity of the switch element.

インバータ340は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。インバータ340の3相の出力端子は、駆動モータ345の各3相の入力端子に接続されている。インバータ340は、電池管理装置311あるいは車両全体動作を制御するための車両ECU380からの制御信号に基づいて、出力電圧を制御する。 The inverter 340 converts the input direct current voltage into a high voltage of three-phase alternating current (AC) for driving the motor. The three-phase output terminals of the inverter 340 are connected to the input terminals of each of the three phases of the drive motor 345. The inverter 340 controls the output voltage based on the control signal from the battery management device 311 or the vehicle ECU 380 for controlling the operation of the entire vehicle.

駆動モータ345は、インバータ340から供給される電力により回転する。この回転は、例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Wに伝達される。 The drive motor 345 is rotated by the electric power supplied from the inverter 340. This rotation is transmitted to the axle and drive wheels W, for example, via a differential gear unit.

また、図示はしていないが、車両300は、回生ブレーキ機構を備えている。回生ブレーキ機構は、車両300を制動した際に駆動モータ345を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ340に入力され、直流電流に変換される。直流電流は、車両用電源302に入力される。 Although not shown, the vehicle 300 is provided with a regenerative braking mechanism. The regenerative braking mechanism rotates the drive motor 345 when the vehicle 300 is braked, and converts kinetic energy into regenerative energy as electrical energy. The regenerative energy recovered by the regenerative braking mechanism is input to the inverter 340 and converted into a direct current. The direct current is input to the vehicle power supply 302.

車両用電源302の負極端子317には、接続ラインL1の一方の端子が、電池管理装置311内の電流検出部(図示せず)を介して接続されている。接続ラインL1の他方の端子は、インバータ340の負極入力端子に接続されている。 One terminal of the connection line L1 is connected to the negative electrode terminal 317 of the vehicle power supply 302 via a current detection unit (not shown) in the battery management device 311. The other terminal of the connection line L1 is connected to the negative electrode input terminal of the inverter 340.

車両用電源302の正極端子316には、接続ラインL2の一方の端子が、スイッチ装置333を介して接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ340の正極入力端子に接続されている。 One terminal of the connection line L2 is connected to the positive electrode terminal 316 of the vehicle power supply 302 via the switch device 333. The other terminal of the connection line L2 is connected to the positive electrode input terminal of the inverter 340.

外部端子370は、電池管理装置311に接続されている。外部端子370は、例えば、外部電源に接続することができる。 The external terminal 370 is connected to the battery management device 311. The external terminal 370 can be connected to, for example, an external power source.

車両ECU380は、運転者などの操作入力に応答して他の装置とともに電池管理装置311を協調制御して、車両全体の管理を行なう。電池管理装置311と車両ECU380との間では、通信線により、車両用電源302の残容量など、車両用電源302の保全に関するデータ転送が行われる。 The vehicle ECU 380 manages the entire vehicle by coordinating and controlling the battery management device 311 together with other devices in response to an operation input by the driver or the like. Data related to the maintenance of the vehicle power supply 302, such as the remaining capacity of the vehicle power supply 302, is transferred between the battery management device 311 and the vehicle ECU 380 via a communication line.

第4の実施形態に係る車両は、第3の実施形態に係る電池パックを具備している。即ち、貯蔵性能及びサイクル特性に優れた電池パックを備えているため、第4の実施形態に係る車両は貯蔵性能及びサイクル特性に優れており、且つ電池パックが寿命性能に優れているため、信頼性が高い車両を提供することができる。 The vehicle according to the fourth embodiment includes the battery pack according to the third embodiment. That is, since the vehicle is provided with a battery pack having excellent storage performance and cycle characteristics, the vehicle according to the fourth embodiment is excellent in storage performance and cycle characteristics, and the battery pack is excellent in life performance, so that it is reliable. It is possible to provide a highly reliable vehicle.

(第5の実施形態)
第5の実施形態によると、定置用電源が提供される。この定置用電源は、第3の実施形態に係る電池パックを搭載している。なお、この定置用電源は、第3の実施形態に係る電池パックの代わりに、第2の実施形態に係る組電池又は第1の実施形態に係る二次電池を搭載していてもよい。
(Fifth Embodiment)
According to a fifth embodiment, a stationary power supply is provided. This stationary power supply is equipped with the battery pack according to the third embodiment. The stationary power supply may be equipped with the assembled battery according to the second embodiment or the secondary battery according to the first embodiment instead of the battery pack according to the third embodiment.

第5の実施形態に係る定置用電源は、第3の実施形態に係る電池パックを搭載している。したがって、第5の実施形態に係る定置用電源は、長寿命を実現することができる。 The stationary power supply according to the fifth embodiment is equipped with the battery pack according to the third embodiment. Therefore, the stationary power supply according to the fifth embodiment can realize a long life.

図10は、第5実施形態に係る定置用電源を含むシステムの一例を示すブロック図である。図10は、第3の実施形態に係る電池パック40A、40Bの使用例として、定置用電源112、123への適用例を示す図である。図10に示す一例では、定置用電源112,123が用いられるシステム110が示される。システム110は、発電所111、定置用電源112、需要家側電力系統113及びエネルギー管理システム(EMS)115を備える。また、システム110には、電力網116及び通信網117が形成され、発電所111、定置用電源112、需要家側電力系統113及びEMS115は、電力網116及び通信網117を介して、接続される。EMS115は、電力網116及び通信網117を活用して、システム110全体を安定化させる制御を行う。 FIG. 10 is a block diagram showing an example of a system including a stationary power supply according to a fifth embodiment. FIG. 10 is a diagram showing an example of application to the stationary power supplies 112 and 123 as an example of use of the battery packs 40A and 40B according to the third embodiment. In the example shown in FIG. 10, the system 110 in which the stationary power supplies 112 and 123 are used is shown. The system 110 includes a power plant 111, a stationary power supply 112, a consumer-side power system 113, and an energy management system (EMS) 115. Further, a power network 116 and a communication network 117 are formed in the system 110, and the power plant 111, the stationary power supply 112, the consumer side power system 113 and the EMS 115 are connected via the power network 116 and the communication network 117. The EMS 115 utilizes the power grid 116 and the communication network 117 to control the entire system 110 to be stabilized.

発電所111は、火力及び原子力等の燃料源によって、大容量の電力を生成する。発電所111からは、電力網116等を通して電力が供給される。また、定置用電源112には、電池パック40Aが搭載される。電池パック40Aは、発電所111から供給される電力等を蓄電できる。また、定置用電源112は、電池パック40Aに蓄電された電力を、電力網116等を通して供給できる。システム110には、電力変換装置118が設けられる。電力変換装置118は、コンバータ、インバータ及び変圧器等を含む。したがって、電力変換装置118は、直流と交流との間の変換、互いに対して周波数が異なる交流の間の変換、及び、変圧(昇圧及び降圧)等を行うことができる。このため、電力変換装置118は、発電所111からの電力を、電池パック40Aへ蓄電可能な電力に変換できる。 The power plant 111 produces a large amount of electric power from fuel sources such as thermal power and nuclear power. Power is supplied from the power plant 111 through the power grid 116 and the like. A battery pack 40A is mounted on the stationary power supply 112. The battery pack 40A can store electric power and the like supplied from the power plant 111. Further, the stationary power supply 112 can supply the electric power stored in the battery pack 40A through the power grid 116 or the like. The system 110 is provided with a power converter 118. The power converter 118 includes a converter, an inverter, a transformer, and the like. Therefore, the power converter 118 can perform conversion between direct current and alternating current, conversion between alternating currents having different frequencies with respect to each other, transformation (step-up and step-down), and the like. Therefore, the power conversion device 118 can convert the power from the power plant 111 into the power that can be stored in the battery pack 40A.

需要家側電力系統113には、工場用の電力系統、ビル用の電力系統、及び、家庭用の電力系統等が、含まれる。需要家側電力系統113は、需要家側EMS121、電力変換装置122及び定置用電源123を備える。定置用電源123には、電池パック40Bが搭載される。需要家側EMS121は、需要家側電力系統113を安定化させる制御を行う。 The consumer-side power system 113 includes a factory power system, a building power system, a household power system, and the like. The consumer-side power system 113 includes a consumer-side EMS 121, a power conversion device 122, and a stationary power supply 123. The battery pack 40B is mounted on the stationary power supply 123. The consumer-side EMS 121 controls to stabilize the consumer-side power system 113.

需要家側電力系統113には、発電所111からの電力、及び、電池パック40Aからの電力が、電力網116を通して供給される。電池パック40Bは、需要家側電力系統113に供給された電力を蓄電できる。また、電力変換装置122は、電力変換装置118と同様に、コンバータ、インバータ及び変圧器等を含む。したがって、電力変換装置122は、直流と交流との間の変換、互いに対して周波数が異なる交流の間の変換、及び、変圧(昇圧及び降圧)等を行うことができる。このため、電力変換装置122は、需要家側電力系統113に供給された電力を、電池パック40Bへ蓄電可能な電力に変換できる。 The electric power from the power plant 111 and the electric power from the battery pack 40A are supplied to the electric power system 113 on the consumer side through the electric power network 116. The battery pack 40B can store the electric power supplied to the consumer side electric power system 113. Further, the power conversion device 122 includes a converter, an inverter, a transformer, and the like, similarly to the power conversion device 118. Therefore, the power converter 122 can perform conversion between direct current and alternating current, conversion between alternating currents having different frequencies with respect to each other, transformation (step-up and step-down), and the like. Therefore, the power conversion device 122 can convert the power supplied to the consumer side power system 113 into the power that can be stored in the battery pack 40B.

なお、電池パック40Bに蓄電された電力は、例えば、電気自動車等の車両の充電等に用いることができる。また、システム110には、自然エネルギー源が設けられてもよい。この場合、自然エネルギー源は、風力及び太陽光等の自然エネルギーによって、電力を生成する。そして、発電所111に加えて自然エネルギー源からも、電力網116を通して、電力が供給される。 The electric power stored in the battery pack 40B can be used, for example, for charging a vehicle such as an electric vehicle. Further, the system 110 may be provided with a natural energy source. In this case, the renewable energy source generates electric power by natural energy such as wind power and solar power. Then, power is supplied from the natural energy source in addition to the power plant 111 through the power grid 116.

以下に実施例を説明するが、実施形態は、以下に掲載される実施例に限定されるものではない。 Examples will be described below, but the embodiments are not limited to the examples described below.

水系電解質を用いた二次電池では、1種の電解質を用いただけでは発生する電圧を上げることができない。以下の実施例では、正極側の水系電解質、負極側の水系電解質の濃度を変えながら実験を行った。 In a secondary battery using an aqueous electrolyte, the voltage generated cannot be increased by using only one type of electrolyte. In the following examples, the experiment was conducted while changing the concentrations of the water-based electrolyte on the positive electrode side and the water-based electrolyte on the negative electrode side.

(実施例1)
以下の手順で二次電池を作製した。
(Example 1)
A secondary battery was manufactured by the following procedure.

<正極の作製>
以下のようにして正極を作製した。
正極活物質としてLiMn(5g)、導電剤としてアセチレンブラック(0.25g)、及び、結着剤(バインダー樹脂)としてPVDF分散液(固形分率8%のNMP溶液, 6.25g)を混練機を用いて3分間混合して、粘稠性スラリーを得た。このスラリーを、Ti箔の片面上に塗布した。その後、120℃で溶媒を留去して積層体を得た。次いで、この積層体を、ロールプレスを用いて、圧延した。その後、この積層体を乾燥させた後、直径10mmの円形に打ち抜いた。得られた正極の目付は、116g/mであった。
<Cathode preparation>
A positive electrode was prepared as follows.
LiMn 2 O 4 (5 g) as the positive electrode active material, acetylene black (0.25 g) as the conductive agent, and PVDF dispersion liquid (NMP solution with a solid content of 8%, 6.25 g) as the binder (binder resin). Was mixed for 3 minutes using a kneader to obtain a viscous slurry. This slurry was applied on one side of the Ti foil. Then, the solvent was distilled off at 120 ° C. to obtain a laminate. The laminate was then rolled using a roll press. Then, after the laminated body was dried, it was punched into a circle having a diameter of 10 mm. The basis weight of the obtained positive electrode was 116 g / m 2 .

<負極の作製>
負極活物質としてLiTi12(10g)、導電剤としてグラファイト(1g)、結着剤(バインダー樹脂)としてPTFE分散液(固形分40重量%, 1g)、及び、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)8gを混練機を用いて3分間混合して、スラリーを得た。このスラリーを、Zn箔の片面上に塗布した。その後、120℃で溶媒を留去して積層体を得た。次いで、この積層体を、ロールプレスを用いて、圧延した。その後、この積層体を乾燥させた後、直径10mmの円形に打ち抜いた。得られた負極の目付は、35g/mであった。
<Manufacturing of negative electrode>
Li 4 Ti 5 O 12 (10 g) as the negative electrode active material, graphite (1 g) as the conductive agent, PTFE dispersion (solid content 40% by weight, 1 g) as the binder (binder resin), and NMP (N-methyl). 8 g of -2-pyrrolidone) was mixed for 3 minutes using a kneader to obtain a slurry. This slurry was applied on one side of the Zn foil. Then, the solvent was distilled off at 120 ° C. to obtain a laminate. The laminate was then rolled using a roll press. Then, after the laminated body was dried, it was punched into a circle having a diameter of 10 mm. The basis weight of the obtained negative electrode was 35 g / m 2 .

<水系電解質の調整>
正極側水系電解質及び負極側水系電解質を表1記載の正極側、負極側水系電解質のリチウム塩濃度、浸透圧調整剤、界面活性剤を用いて調整した。
<Adjustment of water-based electrolyte>
The positive electrode side aqueous electrolyte and the negative electrode side aqueous electrolyte were adjusted using the lithium salt concentration, osmoregulation agent, and surfactant of the positive electrode side and negative electrode side aqueous electrolytes shown in Table 1.

<界面活性剤>
非イオン性界面活性剤の具体例として、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(例えば、C1225O(CHCHO)nH;0.9<n≦2.1)及びポリオキシアルキレンアルキルエーテル(例えば、C1225O[(CHCH(CH)O)m・(CHCHO)n]H;0<n≦35、0<m≦40、或いは、CO(CHCHO)n[(CHCH(CH)O)m]H;0<n≦35、0<m≦28)からなる群より選択される1以上を挙げることができる。なお、ポリオキシエチレンアルキルエーテルの化学式C1225O(CHCHO)nHにおける添字nについての上記数値範囲は、0.89<n≦2.1を含む。また、化学式C1225O[(CHCH(CH)O)m・(CHCHO)n]Hで表すポリオキシアルキレンアルキルエーテルの具体例として、添字n及びmがそれぞれ1.4≦n≦35及び8.4≦m≦40である化合物を挙げることができる。実施例ではポリオキシアルキレンアルキルエーテル(C1225O[(CHCH(CH)O)m・(CHCHO)n]H;0<n≦35、0<m≦40)を用い、分子量2000、n=10、m=40の界面活性剤をA、分子量500、n=1.4、m=8.4の界面活性剤をB、分子量3238、n=35、m=28の界面活性剤をC、分子量2000、n=10、m=30の界面活性剤をDとして界面活性剤を用いた。実施例1では、界面活性剤Aを用いた。
<Surfactant>
Specific examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers (e.g., C 12 H 25 O (CH 2 CH 2 O) nH; 0.9 <n ≦ 2.1) and polyoxyalkylene alkyl Ether (for example, C 12 H 25 O [(CH 2 CH (CH 3 ) O) m · (CH 2 CH 2 O) n] H; 0 <n ≦ 35, 0 <m ≦ 40, or C 4 H 9 O (CH 2 CH 2 O) n [(CH 2 CH (CH 3 ) O) m] H; it can. The above numerical range for the subscript n in the chemical formula C 12 H 25 O (CH 2 CH 2 O) nH of the polyoxyethylene alkyl ether includes 0.89 <n ≦ 2.1. Further, as a specific example of the polyoxyalkylene alkyl ether represented by the chemical formula C 12 H 25 O [(CH 2 CH (CH 3 ) O) m · (CH 2 CH 2 O) n] H, the subscripts n and m are 1 respectively. Examples thereof include compounds having .4 ≦ n ≦ 35 and 8.4 ≦ m ≦ 40. In the examples, polyoxyalkylene alkyl ether (C 12 H 25 O [(CH 2 CH (CH 3 ) O) m · (CH 2 CH 2 O) n] H; 0 <n ≦ 35, 0 <m ≦ 40) A surfactant with a molecular weight of 2000, n = 10, m = 40, a surfactant with a molecular weight of 500, n = 1.4, m = 8.4, B, a molecular weight of 3238, n = 35, m = The surfactant of 28 was C, the surfactant having a molecular weight of 2000, n = 10, and m = 30 was D, and the surfactant was used. In Example 1, surfactant A was used.

<試験用電池の作製>
プラスチック板上に、陽極酸化処理されたアルミニウム板を固定し、その上に負極を固定した。別のプラスチック板上にTi板を固定し、その上に正極を固定した。負極の上に、作製した負極側水系電解質を滴下し、その上にセパレータを置き、密着させた。セパレータの逆側に、正極側水系電解質を滴下し、その上から正極を置いて密着させ、さらにねじで固定した。
<Making test batteries>
An anodized aluminum plate was fixed on a plastic plate, and a negative electrode was fixed on the anodized aluminum plate. A Ti plate was fixed on another plastic plate, and a positive electrode was fixed on the Ti plate. The prepared negative electrode side aqueous electrolyte was dropped onto the negative electrode, and a separator was placed on the negative electrode to bring them into close contact with each other. An aqueous electrolyte on the positive electrode side was dropped on the opposite side of the separator, and the positive electrode was placed on the positive electrode to bring them into close contact with each other, and further fixed with screws.

作製した二次電池に対して以下の測定を行った。 The following measurements were performed on the prepared secondary battery.

<浸透圧測定>
定電流充放電試験を終えた電池の浸透圧を測定した。電解質の溶媒の体積V(m)、電解質での溶質の物質量(全モル数)をn(mol)、気体定数をR(m・kg/(s・K・mol))、電解質の絶対温度をT(K)とし、浸透圧を算出した。その結果は表1に示した。
<Osmotic pressure measurement>
The osmotic pressure of the battery after the constant current charge / discharge test was measured. The volume V (m 3 ) of the electrolyte solvent, the amount of substance of the solute in the electrolyte (total number of moles) is n (mol), the gas constant is R (m 2 · kg / (s 2 · K · mol)), and the electrolyte The absolute temperature of was T (K), and the osmotic pressure was calculated. The results are shown in Table 1.

<透気係数測定>
電池から分解し、セパレータを電池の他の部品から分離した。セパレータは、純水で両面を洗い流した後、純水に浸漬させて48時間以上放置した。その後、さらに純水で両面を洗い流し、100℃の真空乾燥炉にて48時間以上乾燥させた後に、透気係数の測定を行った。このように取り出したセパレータの4箇所で、セパレータの厚さ(m)を測定した。測定個所4点それぞれで、直径10mmの孔が開いた一対のステンレス板でセパレータを挟み込み、一方のステンレス板の孔から空気を圧力pで送り込む。圧力pは1000Pa、2500Pa、4000Pa及び6000Paを用いた。そして、他方のステンレス板の孔から漏れる空気の気体量Qを測定した。孔の面積(25πmm)が測定面積Aとし、粘性係数σとして0.000018Pa・sを用いた。気体量Qは、100秒の間に孔から漏れる量δ(m)を測定し、測定された量δを100で割ることにより算出した。
<Measurement of air permeability coefficient>
It was disassembled from the battery and the separator was separated from the other parts of the battery. After rinsing both sides of the separator with pure water, the separator was immersed in pure water and left for 48 hours or more. Then, both sides were further rinsed with pure water, dried in a vacuum drying oven at 100 ° C. for 48 hours or more, and then the air permeability coefficient was measured. The thickness (m) of the separator was measured at four points of the separator taken out in this way. A separator is sandwiched between a pair of stainless steel plates having holes with a diameter of 10 mm at each of the four measurement points, and air is sent at pressure p from the holes in one of the stainless steel plates. The pressure p used was 1000 Pa, 2500 Pa, 4000 Pa and 6000 Pa. Then, the gas amount Q of the air leaking from the hole of the other stainless steel plate was measured. The area of the hole (25π mm 2 ) was taken as the measurement area A, and 0.000018Pa · s was used as the viscosity coefficient σ. The gas amount Q was calculated by measuring the amount δ (m 3 ) leaking from the hole in 100 seconds and dividing the measured amount δ by 100.

測定した4箇所について圧力pに対する気体量Qをプロットし、直線フィッティング(最小二乗法)によって圧力pに対する気体量Qの傾き(dQ/dp)を算出した。そして、算出した傾き(dQ/dp)に(σ・L)/Aを乗算し、透気係数KTを算出した。そして、4箇所の中で透気係数が最も低い値になる箇所での値を、セパレータの透気係数とし、表1に記載した。 The gas amount Q with respect to the pressure p was plotted at the four measured points, and the slope (dQ / dp) of the gas amount Q with respect to the pressure p was calculated by linear fitting (least squares method). Then, the calculated slope (dQ / dp) was multiplied by (σ · L) / A to calculate the air permeability coefficient KT. Then, the value at the place where the air permeability coefficient is the lowest value among the four places is set as the air permeability coefficient of the separator and is shown in Table 1.

表3には正極側水系電解質、負極側水系電解質のリチウム塩の種類及び濃度、浸透圧調整剤の種類及び濃度、界面活性剤の種類及び濃度を記載し、表5には正極側水系電解質、負極側水系電解質の界面張力(mN/m)及び浸透圧(N/m)セパレータの透気係数(m)、浸透圧差(%)、サイクル特性(回)、クーロン効率(%)を記載した。後述する実施例2-38及び比較例1-2についても実施例1と同様に測定を行った。 Table 3 shows the types and concentrations of lithium salts of the positive electrode side aqueous electrolyte and the negative electrode side aqueous electrolyte, the types and concentrations of the osmotic pressure adjusting agent, and the types and concentrations of the surfactant. Table 5 shows the positive electrode side aqueous electrolytes. Describes the interfacial tension (mN / m) and osmotic pressure (N / m 2 ) separator air permeability coefficient (m 2 ), osmotic pressure difference (%), cycle characteristics (times), and Coulomb efficiency (%) of the negative electrode side aqueous electrolyte. did. The measurements of Examples 2-38 and Comparative Example 1-2, which will be described later, were also carried out in the same manner as in Example 1.

<定電流充放電試験>
各実施例および各比較例について、試験用電池作製後、待機時間無しで速やかに試験を開始した。充電及び放電のいずれも0.5Cレートで行った。また、充電時は、電流値が0.25Cになるまで、充電時間が130分間になるまで、充電容量が170mAh/gになるまで、のいずれか早いものを終止条件とした。放電時は130分後を終止条件とした。
<Constant current charge / discharge test>
For each Example and each Comparative Example, the test was started promptly without waiting time after the test battery was prepared. Both charging and discharging were performed at a 0.5 C rate. Further, at the time of charging, the termination condition was set to the earlier of the current value of 0.25 C, the charging time of 130 minutes, and the charging capacity of 170 mAh / g. At the time of discharge, the termination condition was 130 minutes later.

上記充電を1回行い、上記放電を1回行うことを充放電の1サイクルとし、50サイクル目の放電容量を100%とし、サイクルを繰り返して放電容量が50サイクルに対して80%となるサイクル数をサイクル特性とした。また、50サイクル目の充電容量と放電容量から以下の方法でクーロン効率を算出した。クーロン効率が良ければ、貯蔵性能も良いため、クーロン効率を用いて貯蔵性能を測定した。50サイクル目でクーロン効率が安定するため、50サイクル目を用いた。
クーロン効率(%)=100×(放電容量/充電容量)
Performing the above charging once and performing the above discharging once is regarded as one cycle of charging and discharging, the discharging capacity of the 50th cycle is set to 100%, and the cycle is repeated so that the discharging capacity becomes 80% with respect to 50 cycles. The number was used as the cycle characteristic. Further, the coulombic efficiency was calculated by the following method from the charge capacity and the discharge capacity at the 50th cycle. If the Coulomb efficiency is good, the storage performance is also good, so the storage performance was measured using the Coulomb efficiency. Since the Coulomb efficiency became stable at the 50th cycle, the 50th cycle was used.
Coulomb efficiency (%) = 100 x (discharge capacity / charge capacity)

実施例2-20は表3に記載の通りにそれぞれ正極側、負極側水系電解質のリチウム塩濃度、浸透圧調整剤(浸透圧を調整可能な化合物)、界面活性剤を用いて調整し、実施例1と同様に二次電池を作製し、界面張力測定、浸透圧測定、浸透圧差測定、サイクル特性、クーロン効率の評価を行った。評価の結果は表5に記載した。実施例21-44及び比較例1、2については表4に記載の通りにそれぞれ正極側、負極側水系電解質のリチウム塩濃度、浸透圧調整剤、界面活性剤を用いて調整し、実施例1と同様に二次電池を作製し、界面張力測定、浸透圧測定、浸透圧差測定、サイクル特性、クーロン効率の評価を行った。実施例21−44及び比較例1、2評価結果は表6に記載した。表中の「-」は加えていないことを示している。

Figure 2021051990

Figure 2021051990

Figure 2021051990

Figure 2021051990
Examples 2-20 are adjusted by using the lithium salt concentration of the positive electrode side and the negative electrode side aqueous electrolyte, an osmotic pressure adjusting agent (a compound whose osmotic pressure can be adjusted), and a surfactant, respectively, as shown in Table 3. A secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and the interfacial tension measurement, osmotic pressure measurement, osmotic pressure difference measurement, cycle characteristics, and Coulomb efficiency were evaluated. The evaluation results are shown in Table 5. Examples 21-44 and Comparative Examples 1 and 2 were adjusted by using the lithium salt concentration, the osmometer, and the surfactant of the positive electrode side and the negative electrode side aqueous electrolytes, respectively, as shown in Table 4, respectively, and Example 1 A secondary battery was prepared in the same manner as in the above, and the interfacial tension measurement, osmometer measurement, osmometer difference measurement, cycle characteristics, and Coulomb efficiency were evaluated. The evaluation results of Examples 21-44 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 6. "-" In the table indicates that it is not added.
Figure 2021051990

Figure 2021051990

Figure 2021051990

Figure 2021051990

実施例1-44及び比較例1、2を比べると、浸透圧差が90%より大きくなるとサイクル特性及びクーロン効率が低下したことがわかる。これは正極側水系電解質と負極側水系電解質が混合してしまったため、水系電解質が適切なpHの範囲にならず水の電気分解が生じたためと考えられる。 Comparing Examples 1-44 and Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the cycle characteristics and the Coulomb efficiency decreased when the osmotic pressure difference became larger than 90%. It is considered that this is because the positive electrode side water-based electrolyte and the negative electrode side water-based electrolyte are mixed, so that the water-based electrolyte does not reach an appropriate pH range and water electrolysis occurs.

また、実施例37、38は、浸透圧差は90%以下ではあるが、他の実施例と比較してサイクル特性とクーロン効率が悪かった。これは、実施例37では界面張力が50mN/mより大きいため、セパレータに染み込むことが難しかったためと考えられる。実施例38では、セパレータの透気係数が1×10-14よりも大きいため、他の実施例と比較して水系電解質が混合したためと考えられる。 Further, in Examples 37 and 38, although the osmotic pressure difference was 90% or less, the cycle characteristics and the Coulomb efficiency were poor as compared with the other Examples. It is considered that this is because in Example 37, the interfacial tension was larger than 50 mN / m, so that it was difficult to soak into the separator. In Example 38, the air permeability coefficient of the separator was larger than 1 × 10 -14 m 2, and it is considered that the aqueous electrolyte was mixed as compared with other Examples.

実施例をみても、浸透圧差は50%以下であるほうが高いサイクル特性とクーロン効率を実現できることがわかる。 以上に説明した少なくとも1つの実施形態及び実施例によると、二次電池が提供される。この二次電池は、正極と、正極に保持される第1水系電解質と、負極と、負極に保持される第2水系電解質と、正極と負極との間に介在するセパレータとを備え、第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧との差は第1水系電解質の浸透圧と第2水系電解質の浸透圧のいずれか大きい方に対して90%以下である。そのため、貯蔵性能及びサイクル特性に優れた二次電池を提供することができる。 Even in the examples, it can be seen that higher cycle characteristics and Coulomb efficiency can be realized when the osmotic pressure difference is 50% or less. According to at least one embodiment and embodiment described above, a secondary battery is provided. This secondary battery includes a positive electrode, a first aqueous electrolyte held in the positive electrode, a negative electrode, a second aqueous electrolyte held in the negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. The difference between the osmotic pressure of the aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte is 90% or less with respect to the larger of the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte. Therefore, it is possible to provide a secondary battery having excellent storage performance and cycle characteristics.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…電極群、2…容器(外装部材)、3…正極、3a…正極集電体、3b…正極層、4…負極、4a…負極集電体、4b…負極層、5…セパレータ、6…正極リード、7…負極リード、8…正極導電タブ、9…負極導電タブ、10…封口板、11…絶縁部材、12…負極端子、13…正極端子、31…組電池、32〜32、43〜43…二次電池、33…リード、40、40A、40B…電池パック、41…筐体、42…組電池、44…開口部、45…出力用正極端子、46…出力用負極端子、51…単位セル、55…組電池、56…プリント配線基板、57…サーミスタ、58…保護回路、59…通電用の外部端子、110…システム、111…発電所、112…定置用電源、113…需要家側電力系統、116…電力網、117…通信網、118…電力変換装置、121…電力変換装置、122…電力変換装置、123…定置用電源、200…車両、201…車両本体、202…電池パック、300…車両、301…車両本体、302…車両用電源、310…通信バス、311…電池管理装置、312a〜312c…電池パック、313a〜313c…組電池監視装置、314a〜314c…組電池、316…正極端子、317…負極端子、333…スイッチ装置、340…インバータ、345…駆動モータ、370…外部端子、380…車両ECU、L1、L2…接続ライン、W…駆動輪。 1 ... Electrode group, 2 ... Container (exterior member), 3 ... Positive electrode, 3a ... Positive electrode current collector, 3b ... Positive electrode layer, 4 ... Negative electrode, 4a ... Negative electrode current collector, 4b ... Negative electrode layer, 5 ... Separator, 6 ... Positive electrode lead, 7 ... Negative electrode lead, 8 ... Positive electrode conductive tab, 9 ... Negative electrode conductive tab, 10 ... Seal plate, 11 ... Insulation member, 12 ... Negative electrode terminal, 13 ... Positive electrode terminal, 31 ... Assembly battery, 32 1-3 5, 43 1 to 43 5 ... secondary battery, 33 ... lead, 40, 40A, 40B ... battery pack, 41 ... housing, 42 ... battery pack, 44 ... opening, 45 ... positive terminal for output, 46 ... output Negative electrode terminal, 51 ... unit cell, 55 ... assembled battery, 56 ... printed wiring board, 57 ... thermista, 58 ... protection circuit, 59 ... external terminal for energization, 110 ... system, 111 ... power plant, 112 ... for stationary Power supply, 113 ... Consumer side power system, 116 ... Power network, 117 ... Communication network, 118 ... Power conversion device, 121 ... Power conversion device, 122 ... Power conversion device, 123 ... Stationary power supply, 200 ... Vehicle, 201 ... Vehicle Main body, 202 ... Battery pack, 300 ... Vehicle, 301 ... Vehicle main body, 302 ... Vehicle power supply, 310 ... Communication bus, 311 ... Battery management device, 312a to 312c ... Battery pack, 313a to 313c ... Assembly battery monitoring device, 314a ~ 314c ... assembled battery, 316 ... positive electrode terminal, 317 ... negative electrode terminal, 333 ... switch device, 340 ... inverter, 345 ... drive motor, 370 ... external terminal, 380 ... vehicle ECU, L1, L2 ... connection line, W ... drive ring.

Claims (13)

正極と、
前記正極に保持される第1水系電解質と、
負極と、
前記負極に保持される第2水系電解質と、
前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、
を備え、
前記第1水系電解質の浸透圧(N/m)と前記第2水系電解質の浸透圧(N/m)との差は前記第1水系電解質の前記浸透圧と前記第2水系電解質の前記浸透圧のいずれか大きい方に対して90%以下(0%を含む)である二次電池。
With the positive electrode
The first aqueous electrolyte held on the positive electrode and
With the negative electrode
The second aqueous electrolyte held in the negative electrode and
A separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
With
The difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte (N / m 2 ) and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte (N / m 2 ) is the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte. A secondary battery having a osmotic pressure of 90% or less (including 0%) with respect to the larger one.
前記第1水系電解質の浸透圧と前記第2水系電解質の浸透圧との差は前記第1水系電解質の前記浸透圧と前記第2水系電解質の前記浸透圧のいずれか大きい方に対して80%以下である請求項1記載の二次電池。 The difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte is 80% with respect to the larger of the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte. The secondary battery according to claim 1, which is as follows. 前記第1水系電解質の浸透圧と前記第2水系電解質の浸透圧との差は前記第1水系電解質の前記浸透圧と前記第2水系電解質の前記浸透圧のいずれか大きい方に対して50%以下である請求項1または2記載の二次電池。 The difference between the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte is 50% with respect to the larger of the osmotic pressure of the first aqueous electrolyte and the osmotic pressure of the second aqueous electrolyte. The secondary battery according to claim 1 or 2, which is as follows. 前記第1水系電解質と前記第2水系電解質の少なくとも一方に浸透圧を調整可能な化合物を含む請求項1ないし3のいずれか1項に記載の二次電池。 The secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the first aqueous electrolyte and the second aqueous electrolyte contains a compound whose osmotic pressure can be adjusted. 前記浸透圧を調整可能な化合物は無機化合物、有機化合物及び界面活性剤の少なくとも1つを含む請求項4に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 4, wherein the compound whose osmotic pressure can be adjusted includes at least one of an inorganic compound, an organic compound and a surfactant. 前記セパレータは透気係数が1×10-14以下である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の二次電池。 The secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the separator has an air permeability coefficient of 1 × 10 -14 m 2 or less. 前記第1水系電解質と前記第2水系電解質の界面張力のいずれか大きいほうの界面張力は50mN/m以下である請求項1ないし6のいずれか1項に記載の二次電池。 The secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the interfacial tension of the first aqueous electrolyte and the second aqueous electrolyte, whichever is greater, is 50 mN / m or less. 前記負極が備える負極活物質は、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、およびリチウムチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1ないし7のいずれか1項に記載の二次電池。 The second item according to any one of claims 1 to 7, wherein the negative electrode active material included in the negative electrode is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, lithium titanium oxide, and lithium titanium composite oxide. Next battery. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の二次電池を具備する電池パック。 A battery pack comprising the secondary battery according to any one of claims 1 to 8. 通電用の外部端子と、
保護回路とをさらに含む請求項9に記載の電池パック。
With an external terminal for energizing
The battery pack according to claim 9, further comprising a protection circuit.
複数の前記二次電池を具備し、前記二次電池が直列、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9ないし10のいずれか1項に記載の電池パック。 The battery pack according to any one of claims 9 to 10, further comprising the plurality of the secondary batteries, wherein the secondary batteries are electrically connected in series, in parallel, or in series and in parallel. 請求項9ないし11のいずれか1項に記載の電池パックを搭載した車両。 A vehicle equipped with the battery pack according to any one of claims 9 to 11. 請求項9ないし11のいずれか1項に記載の電池パックを具備した定置用電源。 A stationary power supply comprising the battery pack according to any one of claims 9 to 11.
JP2020072134A 2019-09-19 2020-04-14 Secondary batteries, battery packs, vehicles, and stationary power sources Active JP7475942B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20178927.8A EP3796352A1 (en) 2019-09-19 2020-06-09 Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
US16/897,665 US11456490B2 (en) 2019-09-19 2020-06-10 Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
CN202010659895.5A CN112615067A (en) 2019-09-19 2020-07-10 Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019170917 2019-09-19
JP2019170917 2019-09-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021051990A true JP2021051990A (en) 2021-04-01
JP7475942B2 JP7475942B2 (en) 2024-04-30

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11594783B2 (en) 2019-09-13 2023-02-28 Kabushtkt Kaisha Toshiba Separator, electrode group, secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
US11769932B2 (en) 2020-09-14 2023-09-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrode construct, electrode group, secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010165591A (en) * 2009-01-16 2010-07-29 Panasonic Corp Method of manufacturing battery
JP2017183182A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 株式会社Gsユアサ Storage battery
JP2018156837A (en) * 2017-03-17 2018-10-04 株式会社東芝 Secondary battery, battery pack and vehicle
JP2020149930A (en) * 2019-03-15 2020-09-17 株式会社東芝 Battery, battery pack, vehicle and fixed power source
WO2020218456A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 株式会社村田製作所 Secondary battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010165591A (en) * 2009-01-16 2010-07-29 Panasonic Corp Method of manufacturing battery
JP2017183182A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 株式会社Gsユアサ Storage battery
JP2018156837A (en) * 2017-03-17 2018-10-04 株式会社東芝 Secondary battery, battery pack and vehicle
JP2020149930A (en) * 2019-03-15 2020-09-17 株式会社東芝 Battery, battery pack, vehicle and fixed power source
WO2020218456A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 株式会社村田製作所 Secondary battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11594783B2 (en) 2019-09-13 2023-02-28 Kabushtkt Kaisha Toshiba Separator, electrode group, secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
US11769932B2 (en) 2020-09-14 2023-09-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrode construct, electrode group, secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply

Also Published As

Publication number Publication date
CN112615067A (en) 2021-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6873767B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs and vehicles
JP6759173B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs and vehicles
JP6746549B2 (en) Secondary battery, battery pack and vehicle
JP6892358B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs and vehicles
US11018377B2 (en) Secondary battery, battery pack, and vehicle
JP7067985B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs, vehicles, and stationary power supplies
JP6942573B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs and vehicles
US10868340B2 (en) Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
JP6918036B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs, vehicles and stationary power supplies
JP6951307B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs, vehicles and stationary power supplies
US11456490B2 (en) Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
JP6945788B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs, vehicles, stationary power supplies and negative electrodes
CN112615067A (en) Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
JP7098558B2 (en) Electrodes, rechargeable batteries, battery packs, vehicles, and stationary power supplies
JP2021150277A (en) Secondary battery, battery pack, vehicle, and fixed power supply
JP7475942B2 (en) Secondary batteries, battery packs, vehicles, and stationary power sources
JP7034968B2 (en) Rechargeable batteries, battery packs, vehicles and stationary power supplies
JP7269149B2 (en) Secondary batteries, battery packs, vehicles, and stationary power supplies
EP3883012A1 (en) Battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
US20220294077A1 (en) Electrode group, secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
JP7391799B2 (en) Secondary batteries, battery packs, vehicle and stationary power supplies
US11251470B2 (en) Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power source
EP3883017A1 (en) Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
JP2021153039A (en) Battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply
US20220085457A1 (en) Electrode construct, electrode group, secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply

Legal Events

Date Code Title Description
RD07 Notification of extinguishment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427

Effective date: 20210618

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20220520

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220830

RD07 Notification of extinguishment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427

Effective date: 20221028

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230412

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230509

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230710

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20231003

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231222

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20240109

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240319