JP2021136081A - 蓄電デバイス - Google Patents
蓄電デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021136081A JP2021136081A JP2020029272A JP2020029272A JP2021136081A JP 2021136081 A JP2021136081 A JP 2021136081A JP 2020029272 A JP2020029272 A JP 2020029272A JP 2020029272 A JP2020029272 A JP 2020029272A JP 2021136081 A JP2021136081 A JP 2021136081A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current collector
- negative electrode
- positive electrode
- storage device
- power storage
- 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
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
Description
負極活物質を含む複数の柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
前記正極から露出した複数の前記柱状負極の端面に接続された層状の第1集電体と、前記第1集電体に接続された層状の第2集電体とを備えている負極集電部と、を備え、
前記第1集電体は、前記第2集電体よりも高い体積抵抗率を有するものである。
実施形態で説明する本開示の蓄電デバイスは、複数の柱状負極と、分離膜と、正極と、負極集電部とを備えている。この蓄電デバイスは、正極に電気的に接続された正極集電体を備えているものとしてもよい。この蓄電デバイスは、例えば、電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタ、疑似電気二重層キャパシタ、アルカリ金属二次電池、アルカリ金属イオン電池などとしてもよい。蓄電デバイスのキャリアイオンは、リチウムイオンやナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリ金属イオンやマグネシウムイオンやストロンチウムイオン、カルシウムイオンなどの第2族イオンなどが挙げられる。また、正極は、柱状負極の周りに存在するものとしてもよいし、柱状負極の間の空間に充填されているものとしてもよい。また、この蓄電デバイスは、分離膜を介して正極と隣り合う状態で複数の柱状負極が結束された構造を有するものとしてもよい。更に、この蓄電デバイスは、柱状負極、正極及び分離膜のうち1以上に電解液を含むものとしてもよい。正極及び柱状負極には、集電線などの集電部材が埋設されているものとしてもよいし、この集電部材を備えないものとしてもよい。ここでは、説明の便宜のため、リチウムイオンをキャリアとするリチウムイオン二次電池をその主たる一例として以下説明する。
第2集電体22の材質及び形状は、例えば、上述した正極集電体17で挙げたいずれかの材質及び形状を用いることができる。
(蓄電デバイスの作製)
直径dが7μmの炭素繊維(日本グラファイトファイバー社製)を400本撚糸して結束した直径Dが156.5μmの炭素繊維結束体を柱状負極とした。この柱状負極に対し、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP)をN−メチルピロリドン(NMP)に溶解させた溶液をディップ法で被覆、乾燥することで、5μmの膜厚で負極の表面に分離膜としてのポリマー膜を均一塗布した。次に、正極活物質(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)と、導電材としてのアセチレンブラック(デンカ社製HS−100)と、導電材としての気相成長炭素繊維(昭和電工製VGCF)と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ製PVdF7305)とを質量比で90:4:2:4となるよう配合したものにN−メチルピロリドンを加えて正極合材ペーストとした。上記のポリマー被覆負極に対して正極スラリーをディップコートして、正極合材の厚さが35μmとなるように正極合材層を形成した。このように作製した負極/ポリマー膜/正極合材層の単セルを107列×495行(52965本)で積層して、静水圧プレスを用いてプレスすることで、96.2mm×24.5mm、高さ88mm)の電極構造体を得た。この電極構造体をAl製のケースに収納し、正極から露出した柱状負極の先端側に分離膜と同等の絶縁層を形成したのち、銀及び銀ナノ粒子を分散したインクを厚さ15.65μmとなるように印刷処理し、柱状負極の端面に電気的に接続した層状の第1集電体を形成した。第1集電体を形成後、120℃で熱処理した。そして、第1集電体の上面に第2集電体としての銅箔(厚さ100μm)を貼付し、押厚して固着させた。Alケースは、電極構造体の側面に電気的に接続し、正極集電体とした。このケースに非水電解液を注液して封止することにより得られた試験セルを実施例1とした。非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)を体積比で30/40/30で混合した混合溶媒に、LiPF6を1Mの濃度で溶解させたものを用いた。図4は、実施例1,2の蓄電デバイス10の説明図である。この蓄電デバイス10では、正極16と第1集電体21との間に絶縁層23が形成されている。
実施例1において、第1集電体の体積抵抗率は1.68×10-4Ωmであり、第2集電体の体積抵抗率は1.65×10-8Ωmである。また、第1集電体の厚さは15.65μmであり、第2集電体の厚さは100μmであり、第1集電体の総抵抗は、1.87×10-6Ωであり、第2集電体の総抵抗は、6.60×10-4Ωと見積もられる。負極集電部の全抵抗の大きさは、第1集電体の総抵抗+第2集電体の総抵抗であり、6.62×10-4Ωであるから、セル全体の抵抗に対して負極集電部の総抵抗値は、0.7mΩ以下を満たすものであった。一方、各集電体を単セル1本あたりの抵抗で比較すると、第1集電体の抵抗は、9.91×10-2Ωであり、第2集電体の総抵抗は、6.60×10-4Ωであり、各集電体層の抵抗の大きさは、第1集電体>>第2集電体を満たすものであった。ここで、第1集電体と柱状負極との接点付近で短絡が生じた場合を検討する。ここでは、第1集電体の抵抗が隣の電極からの電流の流れ込みが起こらない程度に十分大きいので、放電時間は第1集電体の柱状負極1本あたりの抵抗で決まる放電電流との間に、柱状負極1本あたりの第1集電体抵抗=セル平均電圧/放電電流、との関係が成り立つ。実施例1では、負極1本あたりの抵抗は、6.75×10-2Ωであるので、セル平均電圧を3.7Vとすると、放電電流は37.3Aとなる。したがって、放電時間=35Ah/放電電流=35/37.3=0.937hとなる。即ち、実施例1の負極集電部の構造によれば、単セル同士で短絡が生じた場合であっても、高抵抗な第1集電体の存在によって、放電時間約1時間の徐放電機構が成立することが明らかとなった。
直径40μm、長さ88mmの炭素ロッドからなる柱状負極を用い、実施例1と同様に、厚さ5μmの分離膜で被覆したあと、厚さ35μmの正極合材を被覆した単セルを作製した。これを縦107列、横495行結束して、縦24.5mm×横92.6mm×高さ88mmの蓄電デバイスとした。この上面に、図4に示したように、第1集電体として導電性高分子(ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸,体積抵抗率3×10-6Ωm)を厚さ50μmとなるように形成した。この第1集電体の上面に第2集電体としての厚さ100μmの銅箔(体積抵抗率1.68×10-8Ωm)を配置し、押厚して固着させた。実施例1と同様に、作製した電極構造体をAlケースに入れ、電解液を注液して得られた蓄電デバイスを実施例2とした。表1に、実施例1、2の計算結果をまとめた。
第1集電体の厚さが50μmであり、第2集電体の厚さが100μmである。第1集電体の総抵抗は1.27×10-6Ωであり、第2集電体の総抵抗は6.60×10-4Ωと見積もられた。負極集電部の全抵抗の大きさは、第1集電体の総抵抗+第2集電体の総抵抗であるので、6.61×10-4Ωであり、セル全体の抵抗に対して負極集電部の総抵抗は、0.7mΩ以下を満たすことがわかった。一方、各集電体の単セル1本あたりの抵抗で比較すると、第1集電体の抵抗は6.75×10-2Ωであり、第2集電体の総抵抗が6.60×10-4Ωであるから、各集電体の抵抗の大きさは、第1集電体>>第2集電体を満たすことがわかった。また、実施例2において、柱状負極1本あたりの抵抗は6.75×10-2Ωであるので、セル平均電圧3.7Vとすると、放電電流は54.8Aとなり、放電時間=35Ah/放電電流=35/54.8=0.639となる。即ち、実施例2の負極集電部の構造によれば、単セル同士で短絡が生じた場合であっても、高抵抗な第1集電体の存在によって、放電時間約30分以上の徐放電機構が成立することが明らかとなった。
Claims (8)
- 負極活物質を含む複数の柱状負極と、
各柱状負極の周囲を囲うように設けられた分離膜と、
正極活物質を含み、隣合う前記分離膜同士の間を埋めるように設けられた正極と、
前記正極から露出した複数の前記柱状負極の端面に接続された層状の第1集電体と、前記第1集電体に接続された層状の第2集電体とを備えている負極集電部と、を備え、
前記第1集電体は、前記第2集電体よりも高い体積抵抗率を有する、
蓄電デバイス。 - 前記第1集電体は、前記第2集電体の100倍以上の体積抵抗率を有する、請求項1に記載の蓄電デバイス。
- 前記第1集電体は、体積抵抗率が1.0×10-6Ωm以上であり、
前記第2集電体は、体積抵抗率が1.0×10-7Ωm以下である、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス。 - 前記負極集電部の総抵抗が0.7mΩ以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記柱状負極の端面の面積Sに対する前記第1集電体の厚さtの比t/Sが0.01以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記第1集電体は、その厚さtが前記第2集電体の厚さTよりも小さい、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記第1集電体は、その厚さtが前記第2集電体の厚さTの1/2以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記第1集電体は、500本以上の前記柱状負極が並列接続されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020029272A JP7207348B2 (ja) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 蓄電デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020029272A JP7207348B2 (ja) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 蓄電デバイス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021136081A true JP2021136081A (ja) | 2021-09-13 |
JP7207348B2 JP7207348B2 (ja) | 2023-01-18 |
Family
ID=77661520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020029272A Active JP7207348B2 (ja) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 蓄電デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7207348B2 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011007548A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極を備える蓄電デバイス及びその製造方法 |
WO2011007549A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極及びファイバー電池、並びにその製造方法、ファイバー電極及びファイバー電池の製造設備 |
JP2018152229A (ja) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 株式会社豊田中央研究所 | 二次電池 |
JP2019185933A (ja) * | 2018-04-04 | 2019-10-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 二次電池及びその製造方法 |
-
2020
- 2020-02-25 JP JP2020029272A patent/JP7207348B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011007548A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極を備える蓄電デバイス及びその製造方法 |
WO2011007549A1 (ja) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | 川崎重工業株式会社 | ファイバー電極及びファイバー電池、並びにその製造方法、ファイバー電極及びファイバー電池の製造設備 |
JP2018152229A (ja) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 株式会社豊田中央研究所 | 二次電池 |
JP2019185933A (ja) * | 2018-04-04 | 2019-10-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 二次電池及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7207348B2 (ja) | 2023-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6631568B2 (ja) | 二次電池及びその製造方法 | |
JP5797993B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP6919488B2 (ja) | 二次電池及びその製造方法 | |
US11171389B2 (en) | Secondary battery and method for producing the same | |
US11101456B2 (en) | Secondary battery and method for manufacturing same | |
JP2017062911A (ja) | 非水電解質二次電池用電極、及び非水電解質二次電池 | |
JP2018152229A (ja) | 二次電池 | |
JP2019160733A (ja) | 二次電池 | |
JP7007240B2 (ja) | 二次電池 | |
JP7087422B2 (ja) | 二次電池 | |
JP7111119B2 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2021026990A (ja) | 電極構造体、二次電池及び電極構造体の製造方法 | |
JP7215439B2 (ja) | 蓄電デバイス及び蓄電デバイスモジュール | |
JP6991876B2 (ja) | 二次電池 | |
JP2022131712A (ja) | 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 | |
JP7207348B2 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP7424120B2 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2019212572A (ja) | 二次電池及びその製造方法 | |
JP7200971B2 (ja) | 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 | |
JP7047826B2 (ja) | 活物質膜及び蓄電デバイス | |
JP7136150B2 (ja) | 蓄電デバイス用電極及び蓄電デバイス | |
JP6991877B2 (ja) | 二次電池 | |
JP7562941B2 (ja) | ポリマー膜、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 | |
JP2021166164A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2024015751A (ja) | 蓄電デバイス用電極及び蓄電デバイス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210812 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220622 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220815 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221206 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221219 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7207348 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |