JP2022012289A - 非水電解液二次電池および電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示される技術は、例えば、Liを含む正極活物質を使用した非水電解液二次電池(すなわち、リチウムイオン二次電池)に好適に適用することができる。
炭素系活物質は、比較的に充放電反応が安定しやすい傾向があるため、充放電反応の主な場となる保液部に使用する負極活物質として好適である。
炭素系活物質は、Liに対する電位が0.05V程度である。かかる炭素系活物質を含む保液部に対して堰止部を膨張しやすくし、常用範囲を広くするという観点から、堰止部に含まれる活物質は、Liに対する電位が0.1V以上であることが好ましい。
炭素系活物質は、SOCの増減に伴う膨張収縮率が12%程度である。かかる炭素系活物質を含む保液部に対して堰止部を大きく膨張させて、電解液流通路を適切に閉塞させるという観点から、堰止部に含まれる活物質は、SOCの増減に伴う膨張収縮率が150%以上であることが好ましい。なお、本明細書において「SOCの増減に伴う膨張収縮率(単に「膨張収縮率」ともいう)」は、SOCを0%から100%まで変動させた際の負極活物質の体積の増加量を示すものである。
これらの金属系活物質は、Liに対する電位が炭素系活物質よりも高く、かつ、膨張収縮率が炭素系活物質よりも大きい。このため、これらの金属系活物質を堰止部に含有させることによって、上述したSOCの調節による電解液流通路の閉塞/開放を適切に行うことができる。
これによって、堰止部における充放電反応を安定化させた上で、ここに開示される技術の効果を適切に発揮させることができる。
SOCの調節による電解液流通路の閉塞/開放を好適に生じさせるという観点から、混合材料における金属系活物質の含有量は0.5wt%以上が好ましい。一方、金属系活物質の含有量が多くなりすぎると、堰止部の膨張料が過剰になり、導電パス切れなどによる電池容量の低下が生じる可能性がある。かかる点を考慮すると、金属系活物質の含有量は3.0wt%以下が好ましい。
上記構成の捲回電極体を用いる場合、負極合材層の捲回軸方向の両端部に堰止部を形成することによって、非水電解液の漏出と浸透を好適に制御できる。なお、捲回電極体は、電解液流通路が2箇所に限られるため、非水電解液の浸透が比較的に困難である。しかし、ここに開示される非水電解液二次電池では、堰止部を収縮させた際に電解液流通路が従来よりも広く開放されるため、捲回電極体の内部に容易に非水電解液を浸透させることができる。
電源のSOCは、例えば、電流値の積算によって算出できる。
このように、電源のハイレート劣化の状態を数値化することによって、SOCを常用範囲に維持しながら充放電する通常稼働と、SOCを回復範囲に維持しながら充放電する回復処理という2つの稼働モードを適切に切り替えることができる。
図1は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の内部構成を模式的に示す断面図である。図2は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の電極体を模式的に示す斜視図である。そして、図3は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池のSOCを常用範囲にした際の電極体の断面を模式的に示す図である。図4は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池のSOCを回復範囲にした際の電極体の断面を模式的に示す図である。
図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、電極体20と非水電解液30とを備えている。かかる電極体20および非水電解液30は、電池ケース10の内部に収容されている。また、ここに開示される技術を限定するものではないため詳しい説明を省略するが、このリチウムイオン二次電池100は、正極端子72と負極端子74とからなる一対の電極端子70を備えている。これらの電極端子70の一端は、電池ケース10内の電極体20と電気的に接続されている。一方、電極端子70の他端は、電池ケース10の外部に露出している。これによって、電池ケース10内に収容された電極体20を、車両のモーター等の外部機器と電気的に接続することができる。
上述の通り、電池ケース10は、電極体20と非水電解液30を収容する容器である。電池ケース10は、内部空間を有する角型の容器であり、上面が開口した箱型のケース本体12と、当該ケース本体12の上面開口を塞ぐ板状の蓋体14とを備えている。かかる電池ケース10には、軽量で熱伝導性の良い金属材料(例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等)が用いられていることが好ましい。また、電池ケース10の蓋体14には、電池ケース10内部に非水電解液30を注液するための注液口16が設けられている。かかる注液口16は、非水電解液30の注液後に封止される。また、蓋体14には、安全弁18も設けられている。かかる安全弁18は、電池ケース10の内圧が急激に上昇した際に開放され、電池ケース10の内圧を低下させるという機能を有している。
図2に示すように、電極体20は、正極40、負極50およびセパレータ60を重ねることによって構成される。本実施形態では、正極40、負極50およびセパレータ60を巻き重ねた捲回電極体20が電極体として用いられている。具体的には、捲回電極体20は、2枚のセパレータ60を介して正極40と負極50とを積層させた帯状の積層体を形成し、当該積層体を捲回することによって形成される。なお、本実施形態では、電池の幅方向Xと捲回電極体20の捲回軸WLとが揃うように、電池ケース10(図1参照)内に捲回電極体20が収容される。換言すると、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、捲回軸方向Wと幅方向Xとが同一方向になるように構築されている。
次に、電極体20を構成する各部材について説明する。正極40は、帯状の正極集電箔42と、当該正極集電箔42の表面(例えば両面)に塗工された正極合材層44とを備えている。また、この正極40の幅方向Xの一方の側縁部(図2中の左側の側縁部)には、正極合材層44が付与されておらず、正極集電箔42が露出した正極露出部46が設けられている。かかる正極露出部46は、捲回電極体20を形成する際に、負極50からはみ出した状態で巻き重ねられる。これによって、捲回電極体20の捲回軸方向Wの一方の端部に正極接続部20bが形成される。
負極50は、帯状の負極集電箔52と、当該負極集電箔52の表面(例えば両面)に塗工された負極合材層54とを備えている。この負極50の幅方向Xの他方の側縁部(図2中の右側の側縁部)には、負極合材層54が付与されておらず、負極集電箔52が露出した負極露出部56が設けられている。かかる負極露出部56は、捲回電極体20を形成する際に、正極40からはみ出した状態で巻き重ねられる。これによって、捲回電極体20の捲回軸方向Wの他方の端部に負極接続部20cが形成される。
セパレータ60は、正極40と負極50との間に介在する絶縁部材である。かかるセパレータ60には、電荷担体(リチウムイオン)が透過可能な微細孔が形成されている。非水電解液30が電極体20の内部に浸透してセパレータ60の微細孔に充填されることによって、正極40と負極50との間の電荷担体の移動が可能になる。なお、セパレータ60についても、従来公知の材料を特に制限なく使用でき、ここに開示される技術を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
非水電解液30は、図1に示すように、電極体20と共に電池ケース10内に収容され、電極体20の内部に浸透している。なお、非水電解液30は、その全てが電極体20の内部に浸透している必要はない。例えば、非水電解液30の一部は、余剰電解液32として電極体20の外部(電極体20と電池ケース10との間)に存在していてもよい。この余剰電解液32が生じるように非水電解液30の注液量を設定することによって、電極体20内の非水電解液30が不足した際に、余剰電解液32を電極体20内へ浸透させることができる。特に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、電極体20の内部に非水電解液30を浸透させることが容易であるため、余剰電解液32を設けることによる効果をより好適に発揮できる。
上述の通り、本実施形態における負極合材層54には、堰止部54aと保液部54bが設けられており、各領域に含まれる負極活物質が異なっている。具体的には、負極合材層54のうち、電解液流通路20dと接する領域に堰止部54aが形成され、堰止部54aよりも中央側に位置する領域に保液部54bが形成される。より具体的には、堰止部54aは、負極合材層54の幅方向Xの両端部において、帯状の負極50の長手方向に沿うように連続的に形成されている(図2参照)。このため、捲回後の電極体20において、堰止部54aは、電極体20の外部と保液部54bとの間に介在し、電解液流通路20dの閉塞および開放を制御する領域として機能する。一方、保液部54bは、コア部20aの中心部に位置し、充放電反応の主な場となる。
なお、堰止部54aと保液部54bの各領域に含まれる負極活物質は、ここに開示される技術の効果を阻害しない限りにおいて、従来公知の負極活物質から特に制限なく選択できる。具体的には、「正極活物質に対する電位」および「SOCの増減に伴う膨張収縮率」の2つの性質について、堰止部54aの方が保液部54bよりも大きくなるという関係が成立していれば、各々の領域に含まれる負極活物質は特に限定されない。以下、各領域に含まれる負極活物質の一例について説明する。
まず、ここに開示される技術の効果を容易に生じさせるという観点から、保液部54bに含まれる負極活物質は、正極活物質に対する電位の絶対値が低く、かつ、SOCの増減に伴う膨張収縮率の絶対値が小さいものであることが好ましい。例えば、リチウムイオン二次電池100の場合には、Liに対する電位が0.01V~0.07V(例えば0.05V程度)であり、かつ、SOCの増減に伴う膨張収縮率が5%~20%(例えば12%程度)である負極活物質を保液部54bに使用することが好ましい。このように、Liに対する電位および膨張収縮率の各々が絶対値が小さな負極活物質を保液部54bに使用することによって、堰止部54aに使用できる負極活物質の選択の余地を広げることができる。このような負極活物質の一例として、炭素(C)を含む炭素系活物質(グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボンなど)が挙げられる。また、上述したように、保液部54bは、コア部20aの中心部に位置し、充放電反応の主な場となるため、充放電反応が安定しやすい負極活物質を使用することが好ましい。かかる観点からも、保液部54bに含まれる負極活物質としては、炭素系活物質が好適である。
堰止部54aには、正極活物質に対する電位の絶対値が高く、かつ、SOCの増減に伴う膨張収縮率の絶対値が大きな負極活物質を使用することが好ましい。例えば、保液部54bが炭素系活物質を含む場合、堰止部54aは、正極活物質(Li)に対する電位が0.1V以上(好適には0.2V以上、より好適には0.3V以上、特に好適には0.4V以上)の負極活物質を含有していると好ましい。これによって、低いSOCで堰止部54aが十分に膨張するため、非水電解液30の漏出を抑制しながら充放電できる常用範囲を広くすることができる。なお、堰止部54aに含まれる負極活物質のLiに対する電位の上限は、特に限定されず、2.0V以下であってもよく、1.5V以上であってもよく、1.0V以上であってもよく、0.8V以下であってもよい。
次に、上述した実施形態に係るリチウムイオン二次電池100を備えた電池モジュールの一例について説明する。図5は、本実施形態に係る電池モジュールを説明するブロック図である。また、図6は、本実施形態に係る電池モジュールの充放電制御を説明するフローチャート図である。そして、図7は、堰止部と保液部とを備えた二次電池の充電における負極電位とSOCとの関係を説明するグラフである。
電源2は、正極接続部材2aと負極接続部材2bとを介して、外部機器4と電気的に接続されている。外部機器4の種類は、特に限定されず、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)等の自動車や、パソコン、携帯端末等の電子機器などであってもよい。そして、本実施形態に係る電池モジュール1の電源2は、上述した実施形態に係るリチウムイオン二次電池100(図1参照)を少なくとも一つ含む。なお、電源2に含まれるリチウムイオン二次電池100の個数は、特に限定されず、外部機器4の稼働に必要な電力に応じて適宜増減できる。なお、複数個(例えば3個以上)のリチウムイオン二次電池100を備えた電源2を構築する場合には、当該複数個の電池が所定の方向に配列され、該配列方向に沿って拘束された組電池を形成すると好ましい。これによって、電源2の構造的安定性を確保できるだけでなく、各々の電池の充放電を安定化させることもできる。なお、具体的な図示は省略するが、正極接続部材2aは、リチウムイオン二次電池100の正極端子72(図1参照)に接続される。また、負極接続部材2bは、リチウムイオン二次電池100の負極端子74に接続される。
制御部3は、外部機器4を介して電源2と接続されており、外部機器4の稼働状況に応じて電源2の充放電を制御する。かかる制御部3は、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって具現化され得る。制御部3の各機能は、当該制御部3を構成する各コンピュータの演算装置(プロセッサ、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-processing unit)とも称される)や記憶装置(メモリーやハードディスクなど)によって処理される。例えば、制御部3の各構成は、コンピュータによって具現化されるデータを予め定められた形式で記憶するデータベース、データ構造、予め定められたプログラムに従って所定の演算処理を行う処理モジュールなどとして、または、それらの一部として具現化され得る。
劣化検出部3aは、電源2のハイレート劣化を検出するように構成されている。一例として、劣化検出部3aは、ハイレート充放電に伴う電源2のハイレート劣化の状態(電池抵抗の増加など)を数値化した評価値Dを算出するように構成されていると好ましい。かかる評価値Dは、電源2の電流値、電源2のSOC、電源2の温度および充放電のサイクルタイムに基づいて算出できる。なお、評価値Dの具体的な算出手順は、国際公開第12/101678号や国際公開第13/046263号に開示された手順を援用することができる。そして、劣化検出部3aが検出したハイレート劣化に関する情報(例えば、評価値D)は、後述のSOC調節部3cに送信される。
SOC測定部3bは、電源2のSOCを測定するように構成されている。例えば、SOC測定部3bには、充放電時の電流値に関する情報が提供される。SOC測定部3bは、この電流値を積算することによって電源2のSOCを算出できる。なお、SOC測定部3bにおけるSOCの算出手順は、上述の手順に限られず、従来公知の手順を特に制限なく採用できる。例えば、SOC測定部3bは、負極電位に基づいてSOCを推定するように構成されていてもよい。そして、SOC測定部3bにて算出されたSOCは、SOC調節部3cに送信される。なお、ハイレート劣化の検出のために劣化検出部3aがSOCを利用する場合、SOC測定部3bにて算出された電源2のSOCは、SOC調節部3cだけでなく、劣化検出部3aにも送信される。
SOC調節部3cは、電源2の充放電を制御することでSOCを調節するように構成されている。ここで、SOC調節部3cは、劣化検出部3aの検出結果に基づいて、電源2にハイレート劣化が生じていないと判断している間、保液部54bよりも堰止部54aが厚くなるように(図3参照)、電源2のSOCを常用範囲に維持する。これによって、電解液流通路20dを閉塞させ、電極体20外部への非水電解液30の漏出をしながら電源2の充放電を行うことができる。一方、SOC調節部3cは、劣化検出部3aの検出結果に基づいて電源2にハイレート劣化が生じたと判断した際に、保液部54bよりも堰止部54aが薄くなるように(図4参照)、電源2のSOCを回復範囲まで低下させる。これによって、電解液流通路20dが開放されるため、電極体20の内部に非水電解液30が浸透しやすくなり、ハイレート劣化を容易に解消することができる。
以下、本実施形態に係る電池モジュール1によるSOC制御の具体的な手順について説明する。図6に示すように、かかるSOC制御において、SOC調節部3cは、ステップS10~S60の6つのステップを経て、電源2(リチウムイオン二次電池100)の充放電を制御する。なお、以下の説明では、ハイレート劣化を評価するパラメータとして評価値Dを採用しているが、ハイレート劣化を評価する具体的なパラメータは評価値Dに限定されない。
SOC調節部3cは、外部機器4が通常稼働している間、電源2のSOCを常用範囲に維持する(ステップS10)。具体的には、外部機器4が通常稼働している間、SOC調節部3cは、SOC測定部3bの測定結果(電源2のSOC)と、予め設定したSOC基準値TS(図7参照)とを比較し続ける。そして、ステップS10の実行中に電源2のSOCがSOC基準値TSを下回って回復範囲Aになった場合、電源2の充放電を強制的に充電に切り替えてSOCを常用範囲Bまで上昇させる。このような制御を行うことによって、電源2のSOCを常用範囲Bに維持し続けることができる。このように、SOCを常用範囲Bに維持することによって、堰止部54aで電解液流通路20dが閉塞された状態で充放電を行うことができるため、電極体20外部への非水電解液30の漏出を抑制できる(図3参照)。
また、SOC調節部3cは、外部機器4が通常稼働している間、評価値Dの積算値ΣDを所定の単位時間ごとに算出する(ステップS20)。具体的には、上述した通り、劣化検出部3aは、電源2のハイレート劣化の状態を示す評価値Dを算出し、算出結果をSOC調節部3cに送信する。SOC調節部3cは、受信した評価値Dの積算値ΣDを算出し、後述する通常稼働と回復処理との切り替え判定に利用する。ここで、SOC調節部3cは、評価値Dに対する目標値が設定されており、当該目標値を超えた評価値Dのみを積算値ΣDの計算に採用するように構成されていると好ましい。これによって、電源2にハイレート劣化が生じていない状態で得られた評価値Dが、ステップS30の劣化判定に使用されることを防止できる。
次に、SOC調節部3cは、評価値Dの積算値ΣDが劣化判定基準値TD1よりも大きいか否かの判定を実施する(ステップS30)。そして、積算値ΣDが劣化判定基準値TD1よりも小さい(ΣD<TD1)ときには、処理をステップS10に戻して、外部機器4の通常稼働を継続する。一方、積算値ΣDが劣化判定基準値TD1以上(ΣD≧TD)となった場合、SOC調節部3cは、電極体20内部で非水電解液30が不足してハイレート劣化が進行していると判断し、外部機器4の通常稼働を停止してステップS40に進む。なお、劣化判定基準値TD1は、外部機器4を通常稼働させるに際して許容可能なハイレート劣化の程度を数値化したものである。この劣化判定基準値TD1は、評価値の積算値ΣDと電源2の性能(例えば抵抗値)との相関関係を調べた予備試験の結果や、外部機器4の通常稼働に要求される性能などに基づいて任意に設定できる。
ステップS40において、SOC調節部3cは、電源2のSOCをSOC基準値TS(図7参照)よりも低い状態まで低下させる。具体的には、SOC調節部3cは、SOC基準値TSと電源2のSOCとを比較し、電源2のSOCがSOC基準値TSを下回って回復範囲Aになるまで電源2の放電を実施する。そして、SOC調節部3cは、電源2のSOCが回復範囲Aの範囲内に維持されるように充放電を制御する。換言すると、SOC調節部3cは、SOC基準値TSを上回らないようにSOCを調節しながら電源2の充放電を制御する。これによって、図4に示すように、電解液流通路20dが開放された状態が維持されるため、電極体20の内部に非水電解液30を浸透させてハイレート劣化を回復できる。
そして、SOC調節部3cは、上述の緩和補正によって低下する評価値の積算値ΣDが回復判定基準値TD2よりも小さくなっているか否かについて、所定の単位時間毎に判定する(ステップS50)。そして、評価値の積算値ΣDが回復判定基準値TD2を上回っている間(ΣD≧TD2)、電源2の回復(ハイレート劣化の解消)が不十分であると判断し、ステップS40に戻って回復処理と積算値ΣDの緩和補正を継続する。一方、評価値の積算値ΣDが回復判定基準値TD2を下回った場合(ΣD<TD2)、SOC調節部3cは、電源2のハイレート劣化が十分に解消されたと判断し、回復処理を停止する。そして、SOC調節部3cは、SOC調節部3cは、SOC基準値TSと電源2のSOCとを比較し、電源2のSOCがSOC基準値TSを上回って常用範囲Bになるまで電源2の充電を実施する(ステップS60)。そして、SOC調節部3cは、処理をステップS10に戻して通常稼働を再開する。
以上、ここに開示される技術の一実施形態について説明した。なお、上述した実施形態は、ここに開示される技術が適用される一例を示したものであり、ここに開示される技術を限定することを意図したものではない。
以下、ここに開示される技術に関係する試験例を説明する。なお、以下に記載する試験例の内容は、ここに開示される技術を限定することを意図したものではない。
本試験例では、負極合材層の組成が異なる5種類のリチウムイオン二次電池(サンプル1~5)を準備し、非水電解液の漏出を抑制するために好適な条件を調べた。以下、各サンプルについて説明する。
まず、本試験例では、合材層の塗工幅が100mmであり、かつ、高さ寸法が50mmである捲回電極体を作製した。具体的には、負極集電箔(銅箔)の両面に負極合材層を付与し、帯状の負極を準備した。なお、負極合材層には、負極活物質と、バインダ(SBR)と、増粘剤(CMC)を添加した。そして、サンプル1では、負極合材層の幅方向の両端部に、幅10mm(電極体の全幅の10%)の堰止部を形成し、負極合材層の残部を保液部とした。なお、保液部の負極活物質には、グラファイトを使用し、堰止部の負極活物質には、グラファイトとSiの混合材料(Si添加量:0.5wt%)を使用した。一方、正極は、正極集電箔(アルミニウム箔)の両面に正極合材層を付与することによって形成した。なお、正極合材層には、正極活物質(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2:リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物)と、導電材(AB)と、バインダ(PVdF)とを添加した。そして、上記構成の正極と負極を、セパレータ(PP-PE-PPの三層シート)を介して積層させた積層体を形成し、当該積層体を捲回することによって捲回電極体を作製した。
サンプル2~4では、サンプル1と同様に、負極合材層の幅方向の両端部に堰止部が形成された負極を用いて、試験用リチウムイオン二次電池を構築した。そして、保液部の負極活物質にグラファイトを使用し、堰止部の負極活物質にグラファイトとSiの混合材料を使用した。なお、サンプル2~4では、堰止部におけるグラファイトとSiとの混合比をサンプル1から異ならせた点を除いて、サンプル1と同じ条件で試験用リチウムイオン二次電池を構築した。各サンプルにおける堰止部のSi添加量を表2に示す。
サンプル5では、堰止部が形成されていない(負極合材層の全ての領域おいて、負極活物質としてグラファイトのみを使用した)負極を用いた点を除いて、サンプル1と同じ条件で試験用リチウムイオン二次電池を構築した。
(1)サイクル試験
まず、各サンプルにおいて試験用電池を作製した後に、当該試験用電池を拘束した。そして、拘束した電池に対して初期充電を行った後にサイクル試験を実施した。具体的には、先ず、25℃の環境下において、SOC80%の充電状態まで充電する初期充電を実施した。そして、この電池に対して、10Cの定電流でSOC30%に達するまでパルス放電を行い、5秒間休止した後、10CでSOC80%に達するまでパルス充電を行い、5秒間休止するという矩形波サイクルを1サイクルとし、当該矩形波サイクルを1000サイクル繰り返すサイクル試験を行った。
上述した初期充電後の電池抵抗(サイクル試験前の電池抵抗)と、サイクル試験後の電池抵抗を測定し、「サイクル試験前後の抵抗増加比」を算出した。具体的には、試験用電池のSOCを50%に調節した後に、25℃の環境下に起き、10秒間放電した。このとき、放電電流レートを2C、5C、10C、20Cに設定し、各々の電流レートで放電した後の電圧を測定した。そして、電圧の測定結果と電流レートに基づいてIV抵抗を算出し、その平均値を電池抵抗とした。そして、サイクル試験前の電池抵抗と試験後の電池抵抗の比「(試験後の電池抵抗/試験前の電池抵抗)」を算出して、これを「サイクル試験前後の抵抗増加比」とした。各サンプルの抵抗増加比を表2の該当欄に示す。
上述した初期充電後の電池容量(サイクル試験前の電池容量)と、サイクル試験後の電池容量を測定し、「サイクル試験前後の容量低下比」を算出した。具体的には、SOC80%まで充電した電池に対して、1Cの定電流でSOC30%になるまで放電する定電流定電圧(CCCV)放電を行い、このときの放電容量を電池容量として測定した。そして、サイクル試験前の電池容量と試験後の電池容量の比「(試験後の電池容量/試験前の電池容量)」を算出して、これを「サイクル試験前後の容量低下比」とした。各サンプルの容量低下比を表2の該当欄に示す。
2 電源
2a 正極接続部材
2b 負極接続部材
3 制御部
3a 劣化検出部
3b SOC測定部
3c SOC調節部
4 外部機器
10 電池ケース
12 ケース本体
14 蓋体
16 注液口
18 安全弁
20 電極体(捲回電極体)
20A 積層電極体
20a コア部
20b 正極接続部
20c 負極接続部
20d 電解液流通路
30 非水電解液
32 余剰電解液
40 正極
42 正極集電箔
44 正極合材層
46 正極露出部
50 負極
52 負極集電箔
54 負極合材層
54a 堰止部
54b 保液部
56 負極露出部
60 セパレータ
70 電極端子
72 正極端子
74 負極端子
100 リチウムイオン二次電池
Claims (12)
- 正極、負極およびセパレータが重ねられた電極体と、前記電極体の内部に浸透した非水電解液と、を備える非水電解液二次電池であって、
前記正極は、正極活物質を含有する正極合材層が帯状の正極集電箔の表面に塗工されることによって形成されており、
前記負極は、負極活物質を含有する負極合材層が帯状の負極集電箔の表面に塗工されることによって形成されており、
前記電極体は、当該電極体の内外を前記非水電解液が流通する際の流路である電解液流通路を備えており、
前記負極合材層のうち、前記電解液流通路と接する領域を堰止部とし、前記堰止部よりも中央側に位置する領域を保液部としたとき、
前記堰止部は、前記保液部に含まれる負極活物質と比べて、前記正極活物質に対する電位が高く、かつ、SOCの増減に伴う膨張収縮率が大きい負極活物質を含有することを特徴とする、非水電解液二次電池。 - 前記正極合材層は、リチウム(Li)を含む正極活物質を含有する、請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記保液部は、炭素(C)を含む炭素系活物質を含有する、請求項2に記載の非水電解液二次電池。
- 前記堰止部は、前記リチウムに対する電位が0.1V以上である負極活物質を含有する、請求項3に記載の非水電解液二次電池。
- 前記堰止部は、前記SOCの増減に伴う膨張収縮率が150%以上である負極活物質を含有する、請求項3または4に記載の非水電解液二次電池。
- 前記堰止部は、ケイ素(Si)、錫(Sn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)からなる群から選択される少なくとも一種を含む金属系活物質を含有する、請求項3~5のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記堰止部は、炭素(C)を含む炭素系活物質と、前記金属系活物質とを混合した負極活物質を含む、請求項6に記載の非水電解液二次電池。
- 前記堰止部における前記負極活物質の総量に対する前記金属系活物質の含有量が0.5wt%以上3.0wt%以下である、請求項7に記載の非水電解液二次電池。
- 前記電極体は、前記正極、前記負極および前記セパレータが巻き重ねられた捲回電極体であり、捲回軸方向の両側面に前記電解液流通路を備え、
前記堰止部は、前記負極合材層の捲回軸方向の両端部に形成されている、請求項1~8のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。 - 外部機器と電気的に接続された電源と、当該電源の充放電を制御する制御部とを備えた電池モジュールであって、
前記電源は、請求項1~9のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池を少なくとも一つ備え、
前記制御部は、
前記電源のハイレート劣化を検出する劣化検出部と、
前記電源のSOCを測定するSOC測定部と、
前記電源の充放電を制御することで前記SOCを調節するSOC調節部と
を備え、
前記SOC調節部は、
前記劣化検出部の検出結果に基づいて前記ハイレート劣化が生じていないと判断している間、前記保液部よりも前記堰止部が厚くなるように前記電源のSOCを維持し、かつ、
前記劣化検出部の検出結果に基づいて前記ハイレート劣化が生じたと判断した際に、前記保液部よりも前記堰止部が薄くなるように前記電源のSOCを低下させる、電池モジュール。 - 前記SOC測定部は、前記電源の充放電における電流値を積算することによって、当該電源のSOCを測定する、請求項10に記載の電池モジュール。
- 前記劣化検出部は、前記電源のハイレート劣化を数値化した評価値Dを算出し、
前記SOC調節部は、
前記評価値Dの積算値ΣDが劣化判定基準値TD1を下回っている間、前記保液部よりも前記堰止部が厚くなるように前記電源のSOCを調節し、
前記評価値Dの積算値ΣDが前記劣化判定基準値TD1を上回った際に、前記保液部よりも前記堰止部が薄くなるように前記電源のSOCを低下させる、請求項10または11に記載の電池モジュール。
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