JP2021106171A - 二次電池用電極、二次電池、電池パック、および車両 - Google Patents
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Abstract
Description
二次電池として、非水電解質電池の一例を説明する。
負極3は、負極集電体3a及び負極活物質層3bを含む。
正極5は、正極集電体5a及び正極活物質層5bを含む。
電解質としては、液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いる。液状非水電解質は、電解質を有機溶媒に溶解することで調製される。非水電解質の濃度は、0.5mol/l以上2.5mol/l以下であることが好ましい。ゲル状非水電解質は、液状電解質と高分子材料を複合化することで調製される。
セパレータ4は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いる。ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、非水電解質電池の安全性向上の観点から好ましい。
外装部材2は、ラミネートフィルム製の袋状容器、又は金属製容器を用いる。外装部材2の形状は、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型等がある。なお、携帯用電子機器等に積載される小型電池、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池でも良い。
正極端子7は、リチウムイオン金属に対する電位が3.0V以上4.5V以下の範囲において電気的に安定である。正極端子7は、導電性を有する材料で形成される。正極端子7は、Al、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiのような元素を1種類または複数種類含むアルミニウム合金で形成される。正極端子7は、正極集電体5aとの接触抵抗を低減するために、正極集電体5aと同様の材料から形成されることが好ましい。
負極端子6は、リチウムイオン金属に対する電位が1.0V以上3.0V以下の範囲において電気的に安定である。負極端子6は、導電性を有する材料で形成される。Al、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、およびSiのような元素を1種類または複数種類含むアルミニウム合金で形成される。負極端子6は、負極集電体3aとの接触抵抗を低減するために、負極集電体3aと同様の材料から形成される。
<負極の作製>
負極活物質として、スピネル型構造を有するチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)を90質量%用いた。導電剤としてグラファイトを7質量%、結着剤としてアクリルバインダを3質量%用いた。これらと、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を混合しスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる負極集電体3aの両面に塗布し、80℃で予備乾燥した後、130℃で乾燥した。これをプレスすることにより負極を得た。電極密度は2.25g/ccとした。
正極活物質として、リチウムニッケル複合酸化物(LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2)を用いた。この正極活物質の表面に、アセチレンブラック及びアクリルバインダを分散させた水溶液を噴射し、転動流動法によって表面が炭素被覆された正極活物質造粒体を得た。正極活物質造粒体90質量%に対して、導電剤としてアセチレンブラックを3質量%、グラファイトを3質量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を4質量%用いた。これらにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加えて混合しスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体3aの両面に塗布し、乾燥した後にプレスすることにより正極を得た。
セパレータ4として、厚さ25μmのセルロース製の不織布を用いた。 正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順で積層し積層体を得た。次いで、この積層体を渦巻き状に捲回した。これを80℃で加熱プレスして偏平状の電極群を作製した。ナイロン層/アルミニウム層/ポリエチレン層の3層構造を有し、厚さが0.1mmであるラミネートフィルムからなるパックに電極群を収納した。これを80℃で16時間、真空中で乾燥した。
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPF­­6を1mol/L溶解し非水電解液を得た。電極群を収納したラミネートフィルムのパック内に非水電解液を注入した後、パックをヒートシールにより完全密閉した。これにより非水電解質電池が得られた。
負極電極密度を2.30g/ccとし、その他は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.45g/ccとし、その他は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極スラリーの仮乾燥温度を100℃とし、その他は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.55g/ccとし、その他は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.60g/ccとし、その他は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極活物質として、ブロンズ型チタン酸化物TiO2(B)を用いた。電極密度は2.30g/ccとした。その他の方法は実施例1と同様である。
負極電極密度を2.50g/ccとし、その他は実施例7と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極活物質として、ニオブチタン酸化物Nb2TiO9を用いた。電極密度は2.40g/ccとした。その他の方法は実施例1と同様である。
負極電極密度を2.70g/ccとし、その他は実施例9と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極活物質として、リチウムナトリウムチタン酸化物Li2Na2Ti6O14を用いた。電極密度は2.30g/ccとした。その他の方法は実施例1と同様である。
負極電極密度を2.50g/ccとし、その他は実施例11と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極のバインダとしてスチレンブタジレンゴム(SBR)を及びカルボキシメチルセルロース(CMC)を用い、電極密度は2.30g/ccとした。それ以外は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.50g/ccとし、その他は実施例13と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.20g/ccとし、その他は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極スラリーを乾燥させる際に仮乾燥を行わず、130℃で乾燥させた。それ以外は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極のバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用い、電極密度は2.20g/ccとした。それ以外は実施例1と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.30g/ccとし、そのほかは比較例3と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.45g/ccとし、その他は比較例3と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.70g/ccとし、その他は比較例3と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.20g/ccとし、その他は実施例7と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.30g/ccとし、その他は実施例9と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極スラリーを乾燥させる際に仮乾燥を行わず、130℃で乾燥させた。それ以外は実施例9と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.20g/ccとし、その他は実施例11と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極スラリーを乾燥させる際に仮乾燥を行わず、130℃で乾燥させた。それ以外は実施例11と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
負極電極密度を2.20g/ccとし、その他は実施例13と同様の方法で非水電解質電池を作製した。
2 外装部材
3 負極
3a 負極集電体
3b 負極活物質層
4 セパレータ
5 正極
5a 正極集電体
5b 正極活物質層
6 負極端子
7 正極端子
8 単電池
9 粘着テープ
10 組電池
11 プリント配線基板
12 サーミスタ
13 保護回路
14 通電用端子
15 正極側リード
16 正極側コネクタ
17 負極側リード
18 負極側コネクタ
19 配線
20 配線
21a プラス側配線
21b マイナス側配線
22 保護シート
23 収納容器
24 蓋
25 配線
41 自動車
42 電池パック
300 車両
301 車両用電源
310 通信バス
311 電池管理装置
312a、312b、313c 電池パック
313a、313b、313c 組電池監視装置
314a、314b、314c 組電池
333 スイッチ装置
340 インバータ
345 駆動モータ
380 車両ECU
370 外部端子
Claims (12)
- チタン含有酸化物を活物質として含む二次電池用電極であって、
水銀圧入法により得られる前記電極の細孔径の測定範囲が0.003μm以上0.3μm以下の場合、前記電極の細孔のメディアン径が0.050μm以上0.100μm以下であり、かつ前記電極の細孔の表面積が4m2/g以上8.00m2/g以下である二次電池用電極。 - 前記二次電池用電極は、結着材としてアクリル系結着剤を含む請求項1記載の二次電池用電極。
- 前記二次電池用電極は、結着材としてスチレンブタジレンゴムとカルボキシメチルセルロースの混合物を含む請求項1記載の二次電池用電極。
- 前記チタン含有酸化物は、スピネル型チタン酸リチウム、単斜晶系β型チタン複合酸化物、アナターゼ型チタン複合酸化物、ラムスデライド型チタン酸リチウム、リチウムチタンナトリウム酸化物、およびニオブ含有チタン酸化物である請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の二次電池用電極。
- 前記活物質の細孔のメディアン径が0.065μm以上0.100μm以下である請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の二次電池用電極。
- 前記活物質の細孔の表面積が5m2/g以上7m2/g以下である請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の二次電池用電極。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の二次電池用電極を正極または負極として用いた二次電池。
- 請求項7に記載の二次電池を備える電池パック。
- 通電用の外部端子と、 保護回路とをさらに含む請求項8に記載の電池パック。
- 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8または9に記載の電池パック。
- 請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の電池パックを搭載した車両。
- 前記電池パックは、前記車両の動力の回生エネルギーを回収するものである請求項11に記載の車両。
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