JP2021190340A - 二次電池 - Google Patents
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<正極>
正極1は発泡金属からなる三次元骨格の導電性基材に合剤を充填したものである。発泡金属は、材質としてAlが用いられ、気孔率は約95%、セル数は46〜50個/インチ、孔径は約0.5mm、比表面積は約5000m2/m3となる。合剤は、正極活物質、助剤、バインダからなる。正極活物質には、Li(NixCoyMnz)O2で表されるNCMの三元系正極活物質が用いられる。Li(NixCoyMnz)O2の、xyzの比は、x:y:z=1:1:1、1:4:1、5:3:2、6:2:2、8:1:1のものが用いられる。また、他に、LiNi0.8Co0.15Al.05O2で表される三元系の正極活物質、LiCoO3、LiNiO3、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiFePO4、バナジウム系、硫黄系、固溶体系(リチウム過剰系、ナトリウム過剰系、カリウム過剰系)、カーボン系、有機物系、等も用いられる。正極1の助剤としてはカーボンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、ファーネスブラック(FB)、サーマルブラック、ランプブラック、チェンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、カーボンブラック(CB)、カーボンファイバー(例えば気相成長炭素繊維VGCF(登録商標))、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、グラッシーカーボン、アモルファスカーボン等が用いられ、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル、アルギン酸等が用いられ、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。活物質、助剤、バインダの組成比が、活物質:助剤:バインダ=80〜99:0.5〜19.5:0.5〜19.5(三者のトータルが100になるように配分)の範囲で組成される。
負極2は発泡金属からなる三次元骨格の導電性基材に合剤を充填したものである。発泡金属は、材質としてCuが用いられ、気孔率は約95%、セル数は46〜50個/インチ、孔径は約0.5mm、比表面積は約5000m2/m3となる。厚さは約1.0mmである。合剤は、負極活物質、助剤、バインダからなる。負極活物質には、人工黒鉛、天然黒鉛などの黒鉛(グラファイト)、ハードカーボン、ソフトカーボン又はSi金属、Si化合物などのシリコン系の物質が用いられる。負極2の助剤としてはアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、ファーネスブラック(FB)、サーマルブラック、ランプブラック、チェンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、カーボンブラック(CB)、カーボンファイバー(例えば気相成長炭素繊維VGCF(登録商標))、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、グラッシーカーボン、アモルファスカーボン等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を用いられ、バインダとしては、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン又はポリアクリル酸ナトリウムが用いられる。活物質、助剤、バインダの組成比が、活物質:助剤:バインダ=80〜99.5:0〜10:0.5〜20(三者のトータルが100になるように配分)の範囲で組成される。
セル構造の積層体に含まれるその他のセル構成として、セパレータ3、電解質及び電解質溶媒がある。セパレータ3の素材としては、ポリエチレン微多孔膜、ポリプロピレン微多孔膜、ガラス不織布やアラミド不織布、ポリイミド微多孔膜、ポリオレフィン微多孔膜等が用いられる。電解質には、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO4)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiN(SO2CF3)2)、リチウムビスペンタフルオロエタンスルホニルイミド(LiN(SO2C2F5)2)、リチウムビスオキサレートボレート(LiBC4O8)、等からなる群より選択される少なくとも1種以上を用いることができ、又は二種以上を併用することができるが用いられる。電解液溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、メチル−γ−ブチロラクトン、ジメトキシメタン(DMM)、ジメトキシエタン(DME)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(EVC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンサルファイト(ES)よりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができ、又は二種以上を併用することができる。
正極側の集電体9及び負極側の集電体10は金属箔の集電体で、正極の最外周及び負極の最外層に配置され、外装体6と一体化されて外側表面は外気に露出される。材質としては、正極にはAl、負極にはCu、Niが用いられる。なお、正/負極の各積層体から、それぞれ正極側の集電体9及び負極側の集電体10へ集電する、正極集電部材4及び負極集電部材5は、発泡金属で構成される。正極集電部材4及び負極集電部材5の発泡金属には合剤は充填されていない。
[数1]
λ=(q/Δθ)×Δx ・・・式(1)
なお、熱伝導率の測定において、測定環境の温度は約40℃(加熱部温度:約90℃、冷却温度:約15℃)であり、試料に掛かる荷重は接合界面の圧力の100kPaである。
[初期セル抵抗]
初期放電容量測定後のリチウムイオン二次電池を、充電レベル(SOC(State of Charge))50%に調整した。次に,各設定電流値で10秒間放電し,0.1秒,1秒,10秒放電時の電圧を測定した.設定電流値は,0.3C,0.5C,0.75C,1.0C,1.5C,2.0C,2.5Cとした.横軸に電流値,縦軸に電圧として,各電流値に対する各時間の電圧をプロットし,その傾きを抵抗値とした.10秒での抵抗を全体抵抗値とし,0.1秒時の抵抗値(0.1-sec DCR)を電子抵抗,0.1から1秒までの抵抗値((1−0.1)-sec DCR)を反応抵抗,1から10秒までの抵抗値((10−1)-sec DCR)をイオン拡散抵抗と定義した。
[初期セル抵抗]
初期放電容量測定後のリチウムイオン二次電池を、充電レベル(SOC(State of Charge))50%に調整した。次に、電流値を0.2Cの値として10秒間放電し、放電後10秒後の電圧を測定した。そして、横軸を電流値、縦軸を電圧として、0.2Cにおける電流に対する放電後10秒後の電圧をプロットした。次に、10分間放置後、補充電を行ってSOCを50%に復帰させた後、さらに10分間放置した。次に、上記の操作を、0.5C、1C、1.5C、2C、2.5Cの各Cレートについて行い、各Cレートにおける電流に対する放電後10秒後の電圧をプロットした。各プロットから得られた近似直線の傾きを、リチウムイオン二次電池の初期セル抵抗とした。
[耐久後セル抵抗]
600サイクル終了後、充電レベル(SOC(State of Charge))50%に調整し、初期セル抵抗の測定と同様の方法で、耐久後セル抵抗を求めた。
初期セル抵抗を100%としたときの、耐久後セル抵抗(600サイクル後のセル抵抗)の割合(%)をプロットして、図9を作成した。
2 負極
3 セパレータ
4 正極集電部材
5 負極集電部材
6 外装体(ラミネートフィルム)
7 正極側の集電タブ
8 負極側の集電タブ
9 正極側の集電体
10 負極側の集電体
Claims (10)
- 三次元構造を有する導電性基材に電極活物質が含有されてなる正/負極と、前記正/負極に連なる集電体と、を備えるセル構造に関し、
前記集電体の片面は、前記導電性基材に電極活物質が含有されてなる前記正/負極の長手方向と連なると共に、前記集電体の他面は、前記セル構造の長手方向において露出していることを特徴とする、二次電池。 - 前記セル構造における前記正/負極は積層構造となっていることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
- 前記セル構造における前記正/負極は巻回構造となっていることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
- 前記セル構造において、前記正/負極が直列構造となっていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の二次電池。
- 前記セル構造が、ラミネートセルであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の二次電池。
- 前記セル構造が、缶セルであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の二次電池。
- 二次電池が、電解液を有する二次電池であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の二次電池。
- 二次電池が、固体電解質を有する二次電池であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の二次電池。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の二次電池を、電気的に接続されるよう、複数整列させることを特徴とする二次電池。
- 前記正/負極の前記導電性基材は、発泡金属からなることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の二次電池。
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