JP2021111554A - リチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
負極活物質層22は、上記の2層構造を有する。第2層2は、第1層1を覆っている。負極活物質層22は、対向領域301および非対向領域302を含む。例えば、非対向領域302における、第2層2の比率を高くすることが考えられる。第2層2は、第1層1に比して、相対的に低い容量密度を有する。非対向領域302における、第2層2の比率が高くなることにより、非対向領域302が適度な容量を有し得る。
負極は、負極集電体および負極活物質層を含む。負極活物質層は、負極集電体の表面に配置されている。負極活物質層は、第1層および第2層を含む。第2層は、第1層を覆っている。
負極活物質層は、黒鉛および酸化珪素を含む。第1層は、第2層に比して、高い濃度で酸化珪素を含む。
正極活物質層および負極活物質層の各々は、帯状の平面形状を有している。負極活物質層の短手方向において、負極活物質層は、対向領域および非対向領域を有している。対向領域および非対向領域は、互いに隣接している。対向領域は、正極活物質層と対向している。非対向領域は、正極活物質層と対向していない。
「0.5≦a≦2.5」かつ「2a≦b≦5.0」の関係が満たされている。
「a[単位 mm]」は、対向領域と非対向領域との境界と、非対向領域内における第1層の端部との最短距離を示す。
「b[単位 mm]」は、対向領域と非対向領域との境界と、非対向領域内における第2層の端部との最短距離を示す。
図2は、本実施形態におけるリチウムイオン電池の概略図である。
電池100は、筐体90を含む。筐体90は、密封されていてもよい。筐体90の外形は、例えば、角形であってもよい。筐体90の外形は、例えば、円筒形であってもよい。筐体90は、例えば、金属製の容器等であってもよい。筐体90は、例えば、アルミラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。筐体90は、蓄電要素50を収納している。
蓄電要素50は、正極10、負極20、セパレータ30および非水電解質(不図示)を含む。すなわち、電池100は、正極10、負極20および非水電解質を含む。非水電解質は、正極10、負極20、およびセパレータ30内に保持されている。蓄電要素50は、巻回型である。蓄電要素50は、帯状の電極が渦巻状に巻回されることにより形成されている。
負極20は、負極集電体21および負極活物質層22を含む。負極集電体21は、負極20の基材である。負極集電体21は、例えば、5μmから30μmの厚さを有していてもよい。負極集電体21は、電子伝導性を有する。負極集電体21は、例えば、銅(Cu)箔等を含んでいてもよい。
負極活物質層22は、帯状の平面形状を有している。すなわち、負極活物質層22の平面形状は、長方形である。負極活物質層22は、負極集電体21の表面に配置されている。負極活物質層22は、負極集電体21の片面のみに配置されていてもよい。負極活物質層22は、負極集電体21の表裏両面に配置されていてもよい。負極活物質層22は、例えば、10μmから200μmの厚さを有していてもよい。
図1は、負極活物質層の端部を示す概略断面図である。図1には、図3のA−A’断面が示されている。負極活物質層22は、第1層1および第2層2を含む。第2層2は、第1層1を覆っている。
正極10は、正極集電体11および正極活物質層12を含む。正極集電体11は、正極10の基材である。正極集電体11は、例えば、5μmから30μmの厚さを有していてもよい。正極集電体11は、電子伝導性を有する。正極集電体11は、例えば、アルミニウム(Al)箔等を含んでいてもよい。
セパレータ30は、絶縁体である。セパレータ30は、正極10と負極20との間に介在している。セパレータ30は、正極10と負極20とを物理的に分離している。セパレータ30は、例えば、10μmから30μmの厚さを有していてもよい。セパレータ30は、多孔質である。セパレータ30は、Liイオンを透過させる。セパレータ30は、例えば、ポリオレフィン製の多孔質フィルム等を含んでいてもよい。
非水電解質は、Liイオン伝導体である。非水電解質は、非プロトン性である。非水電解質は、例えば、有機溶媒および支持電解質を含んでいてもよい。有機溶媒は、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ビニレンカーボネート(VC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびジエチルカーボネート(DEC)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。支持電解質は、例えば、LiPF6、LiBF4およびLi(FSO2)2Nからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。支持電解質の濃度は、例えば、0.5mоl/Lから2mоl/Lであってもよい。
例えば、黒鉛に代えて、黒鉛以外の炭素系負極活物質が使用されてもよい。例えば、黒鉛に代えて、ハードカーボン、ソフトカーボン等が使用されてもよい。また、黒鉛に代えてチタン酸リチウム等が使用されてもよい。
下記構成を具備する電池100が製造された(図1から図3)。負極活物質層22の端部設計(図1)は、下記表1のとおりであった。
負極集電体21:Cu箔(厚さ 10μm)
負極活物質層22
第1層1:「黒鉛/酸化珪素/バインダ/導電材=80/20/2/1(質量比)」
第2層2:「黒鉛/バインダ/導電材=100/2/1(質量比)」
正極集電体11:Al箔(厚さ 12μm)
正極活物質層12:正極活物質(ニッケルコバルトマンガン酸リチウム)
有機溶媒 :「EC/DMC/EMC=3/4/3(体積比)」
支持電解質:LiPF6(濃度 1.0mol/L)
下記条件により、電池100のサイクル試験が実施された。「0.5C」は、満充電容量が2時間で放電される電流レートを示す。
電圧範囲 :2.5Vから4.2V
充電 :定電流−定電圧方式(CCCV)、電流レート=0.5C
放電 :定電流方式(CC)、電流レート=0.5C
サイクル数:1000サイクル
実施例1および実施例2は、「0.5≦a≦2.5」かつ「2a≦b≦5.0」の関係を満たす。実施例1および実施例2は、比較例1から比較例4に比して、サイクル寿命が向上している。実施例1および実施例2においては、サイクルの初期段階(1サイクルから100サイクルまで)において、非対向領域302におけるLiの蓄積量が少ないと考えられる。なおかつ、サイクルの後期段階(1000サイクル程度)においても、寸法aが負の値にならず、Liが析出し難いと考えられる。
Claims (1)
- 正極、負極および非水電解質を含み、
前記正極は、正極集電体および正極活物質層を含み、
前記正極活物質層は、前記正極集電体の表面に配置されており、
前記負極は、負極集電体および負極活物質層を含み、
前記負極活物質層は、前記負極集電体の表面に配置されており、
前記負極活物質層は、第1層および第2層を含み、
前記第2層は、前記第1層を覆っており、
前記負極活物質層は、黒鉛および酸化珪素を含み、
前記第1層は、前記第2層に比して、高い濃度で酸化珪素を含み、
前記正極活物質層および前記負極活物質層の各々は、帯状の平面形状を有しており、
前記負極活物質層の短手方向において、前記負極活物質層は、対向領域および非対向領域を有しており、
前記対向領域および前記非対向領域は、互いに隣接しており、
前記対向領域は、前記正極活物質層と対向しており、
前記非対向領域は、前記正極活物質層と対向しておらず、
0.5≦a≦2.5、かつ
2a≦b≦5.0
の関係が満たされており、
前記a[単位 mm]は、前記対向領域と前記非対向領域との境界と、前記非対向領域内における前記第1層の端部との最短距離を示し、
前記b[単位 mm]は、前記対向領域と前記非対向領域との境界と、前記非対向領域内における前記第2層の端部との最短距離を示す、
リチウムイオン電池。
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