JP2022022761A - battery - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は電池に関する。 The present disclosure relates to batteries.
特開2012-064538号公報(特許文献1)は、活物質層が網目状構造である負極を開示している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-064538 (Patent Document 1) discloses a negative electrode in which the active material layer has a network structure.
三次元電極構造が検討されている。例えば、正極と負極とが互いに嵌め合う構造が考えられる。より具体的には、例えば、負極がハニカムコアであり、正極がピラーである構造が考えられる。負極(ハニカムコア)には、複数の中空セル(貫通孔)が形成されている。正極(ピラー)は、中空セルに挿し通される。 A three-dimensional electrode structure is being studied. For example, a structure in which the positive electrode and the negative electrode are fitted to each other can be considered. More specifically, for example, a structure in which the negative electrode is a honeycomb core and the positive electrode is a pillar can be considered. A plurality of hollow cells (through holes) are formed in the negative electrode (honeycomb core). The positive electrode (pillar) is inserted through the hollow cell.
正極と負極とを分離するため、中空セルの内壁を被覆するセパレータが形成される。例えば、絶縁材料(例えば無機粒子等)とバインダと分散媒とが混合されることにより、セパレータペーストが調製される。例えば、ハニカムコアの一方の端面から、セパレータペーストが吸引されることにより、中空セルの内壁にセパレータペーストが塗布される。セパレータペーストが乾燥されることにより、セパレータが形成される。 In order to separate the positive electrode and the negative electrode, a separator covering the inner wall of the hollow cell is formed. For example, a separator paste is prepared by mixing an insulating material (for example, inorganic particles or the like), a binder, and a dispersion medium. For example, the separator paste is applied to the inner wall of the hollow cell by sucking the separator paste from one end surface of the honeycomb core. The separator paste is dried to form a separator.
上記セパレータの形成方法は、短時間で処理が可能である等の利点があるため、工業的に有望と考えられる。ただし、セパレータの厚さが不均一になり、サイクル特性が低下する可能性がある。 The method for forming the separator has advantages such as being able to be processed in a short time, and is therefore considered to be industrially promising. However, the thickness of the separator may become non-uniform and the cycle characteristics may deteriorate.
本開示の目的は、サイクル特性の向上にある。 An object of the present disclosure is to improve cycle characteristics.
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし、本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否は、特許請求の範囲を限定しない。 Hereinafter, the technical configuration and the action and effect of the present disclosure will be described. However, the mechanism of action of the present disclosure includes estimation. The correctness of the mechanism of action does not limit the scope of claims.
〔1〕 電池は、正極と、負極と、セパレータとを含む。
負極は、ハニカムコアを形成している。ハニカムコアは、第1面と第2面と隔壁と外周壁とを含む。第2面は、第1面と相対している。隔壁は、第1面と第2面との間に形成されている。第1面と平行な断面において、隔壁は、格子状に延びることにより、複数個の中空セルを仕切っている。第1面と平行な断面において、外周壁は、隔壁の周囲を取り囲んでいる。複数個の中空セルの各々は、第1面から第2面に向かう方向において、ハニカムコアを貫通している。
セパレータは、正極と負極とを空間的に分離している。セパレータは、第1層と第2層とを含む。第1層は、隔壁の少なくとも一部を被覆している。第2層は、第1面および第2面の少なくとも一部を被覆している。
正極は、第1領域と第2領域とを含む。第1領域は、中空セルに充填されている。第2領域は、第1面に垂直な断面において、セパレータの第2層よりも外側に突出するように延びている。
第1面と平行な断面において、中空セル内の第1層は、最小厚さと最大厚さとを有する。最小厚さに対する、最大厚さの比が1.45以下である。
[1] The battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator.
The negative electrode forms a honeycomb core. The honeycomb core includes a first surface, a second surface, a partition wall, and an outer peripheral wall. The second surface faces the first surface. The partition wall is formed between the first surface and the second surface. In the cross section parallel to the first surface, the partition wall extends in a grid pattern to partition a plurality of hollow cells. In a cross section parallel to the first surface, the outer wall surrounds the partition wall. Each of the plurality of hollow cells penetrates the honeycomb core in the direction from the first surface to the second surface.
The separator spatially separates the positive electrode and the negative electrode. The separator includes a first layer and a second layer. The first layer covers at least a part of the partition wall. The second layer covers at least a part of the first surface and the second surface.
The positive electrode includes a first region and a second region. The first region is filled in a hollow cell. The second region extends outwardly from the second layer of the separator in a cross section perpendicular to the first plane.
In a cross section parallel to the first surface, the first layer in the hollow cell has a minimum thickness and a maximum thickness. The ratio of the maximum thickness to the minimum thickness is 1.45 or less.
セパレータペーストは、流体であるため、塗布時にレベリングが起こり得る。例えば、中空セルの断面形状が多角形である時、セパレータペーストのレベリングにより、多角形の頂点付近においてセパレータが丸みを帯びる傾向がある。その結果、多角形の頂点付近においてセパレータが厚く形成され、かつ多角形の辺においてセパレータが薄く形成されることになる。すなわち、セパレータの厚さが不均一になる。セパレータの厚さが不均一であることにより、充放電時、イオン透過が不均一になり得る。その結果、負極(または正極)の一部に反応が集中し、サイクル劣化が促進される可能性がある。 Since the separator paste is a fluid, leveling may occur during application. For example, when the cross-sectional shape of the hollow cell is polygonal, the separator tends to be rounded near the apex of the polygon due to the leveling of the separator paste. As a result, the separator is formed thick near the apex of the polygon, and the separator is formed thin at the sides of the polygon. That is, the thickness of the separator becomes non-uniform. Due to the non-uniform thickness of the separator, ion permeation may be non-uniform during charging and discharging. As a result, the reaction may be concentrated on a part of the negative electrode (or the positive electrode), and cycle deterioration may be promoted.
第1面と平行な断面において、中空セル内の第1層(セパレータ)が、最小厚さ(Tmin.)と最大厚さ(Tmax.)とを有する。最小厚さ(Tmin.)に対する、最大厚さ(Tmax.)の比(Tmax./Tmin.)は、厚さの均一性の指標である。比(Tmax./Tmin.)が小さい程、第1層(セパレータ)が均一な厚さを有すると考えられる。本開示においては、比(Tmax./Tmin.)が1.45以下である。比(Tmax./Tmin.)が1.45以下であることにより、反応集中が抑えられ、サイクル特性の向上が期待される。 In a cross section parallel to the first surface, the first layer (separator) in the hollow cell has a minimum thickness (T min. ) And a maximum thickness (T max. ). The ratio of the maximum thickness (T max . / T min. ) To the minimum thickness (T min .) Is an index of thickness uniformity. It is considered that the smaller the ratio (T max. / T min. ), The more uniform the thickness of the first layer (separator). In the present disclosure, the ratio (T max. / T min. ) Is 1.45 or less. When the ratio (T max. / T min. ) Is 1.45 or less, the reaction concentration is suppressed and the cycle characteristics are expected to be improved.
〔2〕 例えば、第1面と平行な断面において、中空セルの断面形状が、6個以上の頂点を有する多角形であるか、または円形であってもよい。 [2] For example, in a cross section parallel to the first surface, the cross-sectional shape of the hollow cell may be a polygon having six or more vertices or a circle.
〔3〕 例えば、電池の製造方法が、第1面または第2面から、セパレータペーストをハニカムコア内に吸引することにより、第1層を形成することを含んでいてもよい。セパレータペーストは、第1絶縁材料、バインダおよび分散媒を含む。 [3] For example, the method for manufacturing a battery may include forming the first layer by sucking the separator paste into the honeycomb core from the first surface or the second surface. The separator paste contains a first insulating material, a binder and a dispersion medium.
以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」とも記される。)が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定しない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure (hereinafter, also referred to as “the present embodiments”) will be described. However, the following description does not limit the scope of claims.
本実施形態における幾何学的な用語(例えば「平行」、「垂直」、「正六角形」等)は、実質的にその状態であればよいことを示している。本実施形態における幾何学的な用語は、厳密な意味に解されるべきではない。例えば「平行」は、実質的に平行である状態を示す。すなわち「平行」は、厳密な意味での「平行」状態から多少ずれていてもよい。「実質的に平行である状態」は、例えば、設計上、製造上等の公差、誤差等を当然に含み得る。 Geometric terms (eg, "parallel", "vertical", "regular hexagon", etc.) in this embodiment indicate that the state may be substantially the same. Geometric terms in this embodiment should not be understood in a strict sense. For example, "parallel" indicates a state of being substantially parallel. That is, "parallel" may deviate slightly from the "parallel" state in the strict sense. The "substantially parallel state" can naturally include, for example, design and manufacturing tolerances, errors, and the like.
本実施形態において、例えば「0.1質量部から10質量部」等の記載は、特に断りのない限り、境界値を含む範囲を示す。例えば「0.1質量部から10質量部」は、「0.1質量部以上10質量部以下」の範囲を示す。 In the present embodiment, for example, the description such as "0.1 part by mass to 10 part by mass" indicates a range including the boundary value unless otherwise specified. For example, "0.1 parts by mass to 10 parts by mass" indicates a range of "0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less".
本実施形態において、「実質的に・・・からなる」との記載は、本開示の目的を阻害しない範囲で、必須成分に加えて、追加の成分が含まれ得ることを示す。例えば、当該技術の分野において通常想定される成分(例えば不可避不純物等)は、当然含まれ得る。 In the present embodiment, the description "consisting of substantially ..." indicates that an additional component may be contained in addition to the essential component as long as the object of the present disclosure is not impaired. For example, components normally assumed in the field of the art (eg, unavoidable impurities, etc.) may naturally be included.
本実施形態において、例えば「Li2S」等の化学量論的組成式によって化合物が表現されている場合、該化学量論的組成式は、代表例に過ぎない。例えば、硫化リチウムが「Li2S」と表現されている時、硫化リチウムは「Li:S=2:1」の組成比に限定されず、任意の組成比でLiとSとを含み得る。 In the present embodiment, when the compound is represented by a stoichiometric composition formula such as "Li 2S ", the stoichiometric composition formula is only a representative example. For example, when lithium sulfide is expressed as "Li 2S", lithium sulfide is not limited to the composition ratio of "Li: S = 2 : 1" and may contain Li and S in any composition ratio.
本実施形態においては、電池の一例として「リチウムイオン電池」が説明される。ただし、電池は、任意の電池系であり得る。本実施形態の電池は、例えば、「ナトリウムイオン電池」、「ニッケル水素電池」等であってもよい。 In this embodiment, a "lithium ion battery" will be described as an example of the battery. However, the battery can be any battery system. The battery of the present embodiment may be, for example, a "sodium ion battery", a "nickel hydrogen battery" or the like.
本実施形態の電池は、任意の用途に適用され得る。本実施形態の電池は、例えば、モバイル端末、ポータブル機器、定置型電力貯蔵装置、電気自動車、ハイブリッド自動車等において使用されてもよい。 The battery of this embodiment can be applied to any application. The battery of the present embodiment may be used in, for example, a mobile terminal, a portable device, a stationary power storage device, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like.
<電池>
図1は、本実施形態における電池の一例を示す概略図である。
電池100は、電池要素50を含む。電池要素50は、三次元電極構造を有する。電池要素50は、正極10と、負極20と、セパレータ30とを含む。すなわち、電池100が正極10と負極20とセパレータ30とを含む。
<Battery>
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a battery in this embodiment.
The
電池100は、例えば、電池ケース(不図示)を含んでいてもよい。電池ケースが、電池要素50を収納していてもよい。電池ケースは、密封されていてもよい。電池ケースは、例えば、アルミニウム(Al)ラミネートフィルム製の袋等であってもよい。電池ケースは、例えば、金属製の容器等であってもよい。電池ケースは、任意の外形を有し得る。電池ケースの外形は、例えば、角形、円筒形、コイン形、扁平形、薄形(シート形)等であってもよい。
The
《負極》
図2は、本実施形態における負極の一例を示す概略図である。
負極20は、正極10に比して低い電位を有する電極である。負極20は、負極活物質を含む。負極20は、例えば、実質的に負極活物質からなっていてもよい。負極20は、ハニカムコアを形成している。ハニカムコアは、例えば、「ハニカム構造体」、「ハニカム成形体」等とも称され得る。図2のハニカムコアは、円柱状の外形を有している。ただし、ハニカムコアは、任意の外形を有し得る。ハニカムコアの外形は、例えば、円板状、角板状、角柱状等であってもよい。
《Negative electrode》
FIG. 2 is a schematic view showing an example of the negative electrode in the present embodiment.
The
本実施形態のハニカムコアは、例えば、負極活物質の成形体であってもよい。ハニカムコアは、例えば、負極合材の成形体であってもよい。負極合材は、負極活物質に加えて、例えば、導電材、バインダ等をさらに含んでいてもよい。 The honeycomb core of the present embodiment may be, for example, a molded body of a negative electrode active material. The honeycomb core may be, for example, a molded body of a negative electrode mixture. The negative electrode mixture may further contain, for example, a conductive material, a binder, or the like, in addition to the negative electrode active material.
負極活物質は、例えば、粒子であってもよい。負極活物質は、例えば、1μmから30μmのメジアン径を有していてもよい。「メジアン径」は、体積基準の粒度分布において、小粒径側からの累積粒子体積が全粒子体積の50%になる粒子径を示す。メジアン径は、レーザ回折式粒度分布測定装置によって測定され得る。 The negative electrode active material may be, for example, particles. The negative electrode active material may have, for example, a median diameter of 1 μm to 30 μm. The "median diameter" indicates a particle size in which the cumulative particle volume from the small particle size side is 50% of the total particle volume in the volume-based particle size distribution. The median diameter can be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device.
負極活物質は、任意の成分を含み得る。負極活物質は、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、珪素、酸化珪素、錫、酸化錫、およびチタン酸リチウム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。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック(例えばアセチレンブラック等)、炭素繊維、金属粒子、および金属繊維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。導電材の配合量は、100質量部の負極活物質に対して、例えば、0.1質量部から10質量部であってもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、およびポリアクリル酸(PAA)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。バインダの配合量は、100質量部の負極活物質に対して、例えば、0.1質量部から10質量部であってもよい。 The negative electrode active material may contain any component. The negative electrode active material may contain, for example, at least one selected from the group consisting of graphite, hard carbon, soft carbon, silicon, silicon oxide, tin, tin oxide, and lithium titanate. The conductive material may contain any component. The conductive material may contain, for example, at least one selected from the group consisting of carbon black (for example, acetylene black and the like), carbon fibers, metal particles, and metal fibers. The blending amount of the conductive material may be, for example, 0.1 part by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. The binder may contain any component. The binder may include, for example, at least one selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), and polyacrylic acid (PAA). The blending amount of the binder may be, for example, 0.1 part by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
負極20(ハニカムコア)は、第1面21と、第2面22と、隔壁23と、外周壁24とを含む。第2面22は、第1面21と相対している。隔壁23および外周壁24は、第1面21と第2面22との間に形成されている。隔壁23および外周壁24は、第1面21と第2面22とを接続している。
The negative electrode 20 (honeycomb core) includes a
第1面21および第2面22の各々は、例えば、平面であってもよい。第1面21および第2面22の各々は、例えば、平面でなくてもよい。第1面21および第2面22の各々は、例えば、曲面であってもよい。第1面21は、第2面22と平行であってもよい。第1面21は、第2面22と平行でなくてもよい。
Each of the
本実施形態において、ハニカムコアの高さ(h)は、第1面21と第2面22との間の距離を示す。第1面21と第2面22とが平行でない場合は、第1面21と第2面22との間の最短距離が、高さ(h)とみなされる。ハニカムコアは、例えば、3mm以上の高さ(h)を有していてもよい。ハニカムコアが3mm以上の高さ(h)を有することにより、ハニカムコアの強度が顕著に向上し得る。さらに、電池要素50における電極活物質の比率が高くなることにより、電池容量の増大が期待される。ハニカムコアの高さ(h)は、任意の上限を有し得る。ハニカムコアは、例えば、1000mm以下の高さ(h)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、500mm以下の高さ(h)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、100mm以下の高さ(h)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、10mm以下の高さ(h)を有していてもよい。
In the present embodiment, the height (h) of the honeycomb core indicates the distance between the
図2のxy平面において、ハニカムコアは径(d)を有する。径(d)は、xy平面におけるハニカムコアの最大径を示す。ハニカムコアは、任意の径(d)を有し得る。ハニカムコアは、例えば、1mmから1000mmの径(d)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、10mmから100mmの径(d)を有していてもよい。 In the xy plane of FIG. 2, the honeycomb core has a diameter (d). The diameter (d) indicates the maximum diameter of the honeycomb core in the xy plane. The honeycomb core may have any diameter (d). The honeycomb core may have a diameter (d) of, for example, 1 mm to 1000 mm. The honeycomb core may have a diameter (d) of, for example, 10 mm to 100 mm.
本実施形態において、ハニカムコアのアスペクト比(h/d)は、径(d)に対する高さ(h)の比を示す。ハニカムコアは、例えば、0.1から10のアスペクト比(h/d)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、0.1から2のアスペクト比(h/d)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、0.1から1のアスペクト比(h/d)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、0.1から0.5のアスペクト比(h/d)を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、0.15から0.5のアスペクト比(h/d)を有していてもよい。 In the present embodiment, the aspect ratio (h / d) of the honeycomb core indicates the ratio of the height (h) to the diameter (d). The honeycomb core may have, for example, an aspect ratio (h / d) of 0.1 to 10. The honeycomb core may have, for example, an aspect ratio (h / d) of 0.1 to 2. The honeycomb core may have, for example, an aspect ratio (h / d) of 0.1 to 1. The honeycomb core may have, for example, an aspect ratio (h / d) of 0.1 to 0.5. The honeycomb core may have, for example, an aspect ratio (h / d) of 0.15 to 0.5.
図3は、図2のxy平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。本実施形態において、「xy平面と平行な断面」は、「第1面21(または第2面22)と平行な断面」を示す。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a cross section parallel to the xy plane of FIG. In the present embodiment, the "cross section parallel to the xy plane" indicates a "cross section parallel to the first surface 21 (or the second surface 22)".
図3において、隔壁23は格子状に延びている。隔壁23は、複数個の中空セル25を仕切っている。隔壁23は、例えば「リブ」等と称されてもよい。外周壁24は、隔壁23の周囲を取り囲んでいる。
In FIG. 3, the
中空セル25は、いわば「貫通孔」である。複数個の中空セル25の各々は、第1面21から第2面22に向かう方向(図1から図3のz軸方向)において、ハニカムコア(負極20)を貫通している。xy平面と平行な断面においては、複数個の中空セル25が集積されている。複数個の中空セル25は、略等間隔に配置されていてもよい。中空セル25同士の間隔は、ランダムであってもよい。
The
例えば、xy平面と平行な断面において、4個から10000個の中空セル25が形成されていてもよい。例えば、xy平面と平行な断面において、10個から5000個の中空セル25が形成されていてもよい。例えば、xy平面と平行な断面において、100個から5000個の中空セル25が形成されていてもよい。例えば、xy平面と平行な断面において、500個から5000個の中空セル25が形成されていてもよい。例えば、xy平面と平行な断面において、1000個から3000個の中空セル25が形成されていてもよい。
For example, 4 to 10000
xy平面と平行な断面において、複数個の中空セル25は、例えば、1個/mm2から10個/mm2の数密度を有していてもよい。複数個の中空セル25は、例えば、2個/mm2から6個/mm2の数密度を有していてもよい。
In a cross section parallel to the xy plane, the plurality of
複数個の中空セル25の合計断面積は、ハニカムコアの断面積に対して、例えば、50%から99%の面積分率を有していてもよい。複数個の中空セル25の合計断面積は、ハニカムコアの断面積に対して、例えば、70%から90%の面積分率を有していてもよい。なお、本実施形態において、ハニカムコアの断面積は、第1面21または第2面22の面積と実質的に同値である。
The total cross-sectional area of the plurality of
xy平面と平行な断面において、複数個の中空セル25の各々は、任意の輪郭を有し得る。複数個の中空セル25の各々は、例えば、多角形(六角形、八角形等)、円形等の輪郭を有していてもよい。
In a cross section parallel to the xy plane, each of the plurality of
図4は、本実施形態における隔壁の一例を示す概略断面図である。
複数個の中空セル25の各々は、例えば、六角形状の輪郭を有していてもよい。中空セル25の輪郭が六角形状であることにより、例えば、ハニカムコアにおける中空セル25の集積率が向上し得る。集積率の向上により、例えば、正極10と負極20との対向面積が増大し得る。その結果、例えば、出力の向上等が期待される。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a partition wall in the present embodiment.
Each of the plurality of
なお、複数個の中空セル25の輪郭は、全て同一であってもよい。複数個の中空セル25の輪郭は、互いに異なっていてもよい。
The contours of the plurality of
隔壁23は、任意の厚さ(t)を有し得る。隔壁23の厚さ(t)は、xy平面と平行な断面において、隣接する中空セル25同士の間の最短距離を示す。隔壁23は、例えば、20μmから350μmの厚さ(t)を有していてもよい。隔壁23の厚さ(t)が20μm以上であることにより、例えば、ハニカムコアの強度向上等が期待される。隔壁23の厚さ(t)が350μm以下であることにより、例えば、電池抵抗の低減等が期待される。隔壁23は、例えば、140μm以上の厚さ(t)を有していてもよい。
The
xy平面と平行な断面において、複数個の中空セル25の各々は、例えば、900μm2以上の断面積を有していてもよい。中空セル25の断面積が900μm2以上であることにより、例えば、電池容量の増大等が期待される。複数個の中空セル25の各々は、例えば、67600μm2以上の断面積を有していてもよい。断面積の上限は任意である。複数個の中空セル25の各々は、例えば、900μm2から490000μm2の断面積を有していてもよい。複数個の中空セル25の各々は、例えば、900μm2から250000μm2の断面積を有していてもよい。断面積の上限が特定されることにより、例えば、電池抵抗の低減等が期待される。
In the cross section parallel to the xy plane, each of the plurality of
《セパレータ》
図5は、図1のyz平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。本実施形態において、「yz平面と平行な断面」は、「第1面21(または第2面22)に垂直な断面」を示す。
《Separator》
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a cross section parallel to the yz plane of FIG. In the present embodiment, the "cross section parallel to the yz plane" indicates a "cross section perpendicular to the first surface 21 (or the second surface 22)".
セパレータ30は、正極10と負極20とを空間的に分離している。「空間的に分離された状態」とは、正極10と負極20とが直接接触していない状態を示す。セパレータ30は、例えば、絶縁材料を含む。セパレータ30は、正極10と負極20との間の電子伝導を実質的に遮断している。
The
セパレータ30は、例えば、キャリアイオンの伝導経路を形成していてもよい。例えば、リチウムイオン電池におけるキャリアイオンは、リチウムイオンである。セパレータ30は、例えば、固体電解質を含んでいてもよい。セパレータ30が固体電解質を含む場合、正極10および負極20も固体電解質を含んでいてもよい。固体電解質は、例えば、酸化物固体電解質を含んでいてもよい。固体電解質は、例えば、硫化物固体電解質を含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えば、硫化リンリチウム(Li2S-P2S5)等を含んでいてもよい。
The
セパレータ30は、例えば、ゲルポリマー電解質を含んでいてもよい。ゲルポリマー電解質は、例えば、ホストポリマーと、電解液(後述)とを含んでいてもよい。ホストポリマーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、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)、ポリアクリロニトリル(PAN)、およびポリエチレンオキシド(PEO)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。
The
セパレータ30は、第1層31と第2層32とを含む。第1層31は、隔壁23の少なくとも一部を被覆している。第1層31は、実質的に、隔壁23の全面を被覆していてもよい。ただし、正極10と負極20とが空間的に分離される限り、第1層31は、隔壁23の一部を被覆していてもよい。
The
第2層32は、第1層31と接続していてもよい。第2層32および第1層31は、連続していてもよい。第2層32は、第1層31と接続していなくてもよい。第2層32は、第1層31と不連続であってもよい。例えば、第2層32と第1層31との間に隙間があってもよい。
The
第2層32は、第1面21および第2面22の少なくとも一部を被覆している。第2層32は、例えば、第1面21および第2面22の両方を被覆していてもよい。第2層32は、例えば、第1面21のみを被覆していてもよい。第2層32は、例えば、実質的に第1面21の全面を被覆していてもよい。第2層32は、例えば、第1面21の一部を被覆していてもよい。第2層32は、例えば、第2面22のみを被覆していてもよい。第2層32は、例えば、実質的に第2面22の全面を被覆していてもよい。第2層32は、例えば、第2面22の一部を被覆していてもよい。
The
(第1層)
第1層31は、中空セル25の内部において、正極10と負極20とを分離している。第1層31は、第1絶縁材料を含む。第1層31は、実質的に第1絶縁材料からなっていてもよい。第1層31は、第1絶縁材料に加えて、例えば、バインダ等をさらに含んでいてもよい。第1絶縁材料は、例えば、粒子等であってもよい。第1絶縁材料は、例えば、10nmから1μmのメジアン径を有していてもよい。第1絶縁材料は、任意の成分を含み得る。第1絶縁材料は、例えば、アルミナ、ベーマイト、チタニア、マグネシア、およびジルコニア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。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、PVDF、PVDF-HFP、およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)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。バインダの配合量は、100質量部の第1絶縁材料に対して、例えば、1質量部から10質量部であってもよい。
(1st layer)
The
第1層31は、任意の厚さを有し得る。第1層31の厚さは、図5のy軸方向の寸法を示す。第1層31は、例えば、1μmから100μmの厚さを有していてもよい。第1層31は、例えば、10μmから30μmの厚さを有していてもよい。
The
図6は、第1層の第1例を示す概略断面図である。
第1層31は、中空セル25内において、隔壁23を被覆している。xy平面と平行な断面において、中空セル25の断面積に対する、第1層31の面積分率は、例えば、1%から50%であってもよい。第1層31の面積分率は、例えば、1%から20%であってもよい。第1層31の面積分率は、例えば、1%から10%であってもよい。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a first example of the first layer.
The
(最小厚さに対する最大厚さの比)
xy平面と平行な断面において、中空セル25内の第1層31は、最小厚さ(Tmin.)と最大厚さ(Tmax.)とを有する。中空セル25の断面形状が多角形である時、最大厚さ(Tmax.)は、典型的には、多角形の頂点付近に現れる。最小厚さ(Tmin.)は、典型的には、多角形の辺に現れる。本実施形態において、最小厚さに対する、最大厚さの比(Tmax./Tmin.)は、1.45以下である。比(Tmax./Tmin.)が1.45以下であることにより、反応集中が抑えられ、サイクル特性の向上が期待される。比(Tmax./Tmin.)は、例えば、1.39以下であってもよい。比(Tmax./Tmin.)は、例えば、1.15以下であってもよい。比(Tmax./Tmin.)は、例えば、1以上であってもよい。比(Tmax./Tmin.)は、例えば、1.15から1.45であってもよい。
(Ratio of maximum thickness to minimum thickness)
In a cross section parallel to the xy plane, the
本実施形態における比(Tmax./Tmin.)は、複数個の中空セル25で測定された値の算術平均である。例えば、ハニカムコアから30個の中空セル25が任意に抽出される。30個の中空セル25において、それぞれ、最小厚さ(Tmin.)と最大厚さ(Tmax.)とが測定されることにより、比(Tmax./Tmin.)が算出される。30個の比(Tmax./Tmin.)の算術平均が採用される。比(Tmax./Tmin.)は、小数第2位まで有効である。小数第3位以下は四捨五入される。なお、ハニカムコアに形成された中空セル25の全数が30個未満である時、全ての中空セル25において、それぞれ比(Tmax./Tmin.)が算出され、さらに算術平均が算出される。
The ratio (T max. / T min. ) In this embodiment is an arithmetic mean of the values measured in the plurality of
比(Tmax./Tmin.)は、任意の方法により調整され得る。例えば、中空セル25の断面形状(輪郭)が変更されることにより、比(Tmax./Tmin.)が調整されてもよい。
The ratio (T max./T min. ) Can be adjusted by any method. For example, the ratio (T max. / T min. ) May be adjusted by changing the cross-sectional shape (contour) of the
図7は、第1層の第2例を示す概略断面図である。
セパレータペーストは、レベリング効果により、多角形の頂点付近において丸みを帯びる傾向がある。その結果、多角形の頂点付近においては、セパレータ(第1層31)が厚くなる傾向がある。中空セル25の断面形状が四角形である時(図7)に比して、中空セル25の断面形状が六角形である時(図6)は、頂点付近において第1層31が薄くなり、厚さの均一性が高くなっている。したがって、中空セル25の断面形状が、6個以上の頂点を有する多角形であることにより、比(Tmax./Tmin.)が小さくなることが期待される。頂点の数が増加する程、比(Tmax./Tmin.)が小さくなることが期待される。多角形は、例えば、正多角形であってもよい。正多角形の頂点の数が増加する程、正多角形は円形に近似すると考えられる。したがって、中空セル25の断面形状は、円形であってもよいと考えられる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a second example of the first layer.
The separator paste tends to be rounded near the apex of the polygon due to the leveling effect. As a result, the separator (first layer 31) tends to be thicker near the apex of the polygon. When the cross-sectional shape of the
なお、比(Tmax./Tmin.)が1.45以下である限り、多角形は、6個未満の頂点を有していてもよい。すなわち、比(Tmax./Tmin.)が1.45以下である限り、多角形は五角形、四角形、または三角形であってもよい。 As long as the ratio (T max. / T min. ) Is 1.45 or less, the polygon may have less than 6 vertices. That is, the polygon may be a pentagon, a quadrangle, or a triangle as long as the ratio (T max. / T min. ) Is 1.45 or less.
例えば、セパレータペーストの粘性が調整されることにより、比(Tmax./Tmin.)が調整されてもよい。粘性が低い程、比(Tmax./Tmin.)が小さくなる傾向がある。セパレータペーストの粘性は、例えば、固形分率、バインダ配合量、バインダ種等によって調整され得る。ただし、粘性が過度に低くなると、セパレータに欠陥が生じる可能性もある。 For example, the ratio (T max. / T min. ) may be adjusted by adjusting the viscosity of the separator paste. The lower the viscosity, the smaller the ratio (T max. / T min. ) Tends to be. The viscosity of the separator paste can be adjusted, for example, by the solid content ratio, the binder blending amount, the binder type and the like. However, if the viscosity becomes too low, the separator may be defective.
(第2層)
第2層32は、中空セル25の外部において、正極10と負極20とを分離している。第2層32は、第2絶縁材料を含む。第2絶縁材料は、例えば、第1絶縁材料と同一であってもよい。第2絶縁材料は、例えば、第1絶縁材料と異なっていてもよい。第2絶縁材料が第1絶縁材料と異なることにより、例えば、第2層32および第1層31の形成方法の自由度が向上し得る。例えば、第1層31の形成方法と異なる方法により、第2層32が形成されてもよい。
(2nd layer)
The
第2層32は、実質的に第2絶縁材料からなっていてもよい。第2層32は、第2絶縁材料に加えて、その他の成分をさらに含んでいてもよい。第2絶縁材料は、例えば、粒子等であってもよい。第2絶縁材料は、例えば、10nmから1μmのメジアン径を有していてもよい。第2絶縁材料は、任意の成分を含み得る。第2絶縁材料は、例えば、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、PTFE、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、およびPAA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。
The
第2層32は、任意の厚さを有し得る。第2層32の厚さは、図5のz軸方向の寸法を示す。第2層32の厚さは、例えば、第1層31の厚さと実質的に同一であってもよい。第2層32の厚さは、例えば、第1層31の厚さと異なっていてもよい。例えば、第2層32の厚さは、第1層31の厚さに比して大きくてもよい。第2層32は、例えば、1μmから100μmの厚さを有していてもよい。第2層32は、例えば、10μmから30μmの厚さを有していてもよい。
The
第2層32におけるキャリアイオンの透過性は、第1層31におけるキャリアイオンの透過性と実質的に同一であってもよい。第2層32におけるキャリアイオンの透過性は、第1層31におけるキャリアイオンの透過性と異なっていてもよい。例えば、第2層32におけるキャリアイオンの透過性は、第1層31におけるキャリアイオンの透過性に比して低くてもよい。これにより、例えば、充放電(膨張収縮)に伴う、構造変化が緩和されることが期待される。キャリアイオンの透過性は、例えば、各層の空隙率、各層の厚さ、各層の構成材料(材質、粒径等)等により調整され得る。
The permeability of the carrier ions in the
《正極》
正極10は、負極20に比して高い電位を有する電極である。図5に示されるように、正極10は、第1領域11と第2領域12とを含む。第1領域11は、中空セル25に充填されている。第1領域11は、実質的に、中空セル25を充たしていてもよい。第1領域11は、多孔質であってもよい。例えば、第1領域11内に貫通孔等が形成されていてもよい。
《Positive electrode》
The
例えば、第1領域11は、中空セル25の輪郭と相似形を有していてもよい。例えば、中空セル25の輪郭が六角形であり、第1領域11も六角形であってもよい。第1領域11は、中空セル25の輪郭と非相似形を有していてもよい。例えば、中空セル25の輪郭が多角形であり、第1領域11が円形であってもよい。
For example, the
xy平面と平行な断面において、中空セル25の断面積に対する、第1領域11の面積分率は、例えば、50%から99%であってもよい。第1領域11の面積分率は、例えば、80%から99%であってもよい。第1領域11の面積分率は、例えば、90%から99%であってもよい。
In the cross section parallel to the xy plane, the surface integral of the
図5に示されるように、第2領域12は、yz平面と平行な断面において、セパレータ30の第2層32よりも外側に突出するように延びている。すなわち、第2領域12は、第2層32よりもz軸方向に突出した部分を含む。第2領域12は、第2層32の表面を被覆していてもよい。例えば、第2領域12に正極集電部材41が接続されてもよい。第2領域12も、多孔質であってもよい。
As shown in FIG. 5, the
第1領域11は、第2領域12と同一組成を有していてもよい。第1領域11は、第2領域12と異なる組成を有していてもよい。第1領域11および第2領域12の各々は、正極活物質を含む。第1領域11および第2領域12の各々は、例えば、実質的に正極活物質からなっていてもよい。第1領域11および第2領域12の各々は、例えば、正極合材を含んでいてもよい。正極合材は、正極活物質に加えて、例えば、導電材およびバインダ等をさらに含んでいてもよい。
The
正極活物質は、例えば、粒子であってもよい。正極活物質は、例えば、1μmから30μmのメジアン径を有していてもよい。正極活物質は、任意の成分を含み得る。正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム、およびリン酸鉄リチウム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。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、金属粒子、および金属繊維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。導電材の配合量は、100質量部の正極活物質に対して、例えば、0.1質量部から10質量部であってもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、PVDF、PVDF-HFP、PTFE、CMCおよびPAA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。バインダの配合量は、100質量部の正極活物質に対して、例えば、0.1質量部から10質量部であってもよい。 The positive electrode active material may be, for example, particles. The positive electrode active material may have, for example, a median diameter of 1 μm to 30 μm. The positive electrode active material may contain any component. The positive electrode active material contains, for example, at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganate, lithium nickel cobalt manganate, lithium nickel cobalt aluminate, and lithium iron phosphate. May be good. The conductive material may contain any component. The conductive material may contain, for example, at least one selected from the group consisting of carbon black, carbon fibers, metal particles, and metal fibers. The blending amount of the conductive material may be, for example, 0.1 part by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. The binder may contain any component. The binder may include, for example, at least one selected from the group consisting of PVDF, PVDF-HFP, PTFE, CMC and PAA. The blending amount of the binder may be, for example, 0.1 part by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
《電解液》
電池100は、電解液をさらに含んでいてもよい。電解液は、支持電解質と溶媒とを含む。支持電解質は、溶媒に溶解している。支持電解質は、任意の成分を含み得る。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/kgから2mоl/kgであってもよい。
《Electrolytic solution》
The
溶媒は、非プロトン性である。溶媒は、任意の成分を含み得る。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)、ブチレンカーボネート(BC)、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。 The solvent is aprotic. The solvent may contain any component. The solvent is, for example, at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), ethylmethyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC). It may contain seeds.
電解液は、支持電解質および溶媒に加えて、各種の添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤は、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、1,3-プロパンサルトン(PS)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、tert-アミルベンゼン(TAB)およびリチウムビスオキサレートボラート(LiBOB)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。 The electrolytic solution may further contain various additives in addition to the supporting electrolyte and the solvent. Additives include, for example, vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), 1,3-propanesalton (PS), cyclohexylbenzene (CHB), tert-amylbenzene (TAB) and lithium bisoxalate boronate. It may contain at least one selected from the group consisting of (LiBOB).
《集電構造》
図5に示されるように、電池100は、例えば、正極集電部材41と負極集電部材42とをさらに含んでいてもよい。正極集電部材41は、正極10と外部端子(不図示)とを電気的に接続している。正極集電部材41自体が外部端子を兼ねていてもよい。正極集電部材41は、例えば、金属メッシュ、金属箔、金属線等を含んでいてもよい。正極集電部材41は、例えば、Al、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼(SUS)等を含んでいてもよい。
《Current collector structure》
As shown in FIG. 5, the
負極集電部材42は、負極20と外部端子とを電気的に接続している。負極集電部材42自体が外部端子を兼ねていてもよい。負極集電部材42は、例えば、金属メッシュ、金属箔、金属線等を含んでいてもよい。負極集電部材42は、例えば、Ni、Cu等を含んでいてもよい。
The negative electrode
図8は、集電構造の一例を示す概略図である。
正極集電部材41は、ハニカムコアの高さ方向(z軸方向)において、ハニカムコアの両側に配置されていてもよい。図5に示されるように、正極集電部材41は、正極10の第2領域12に接続している。例えば、正極集電部材41は、第2領域12に接着されていてもよい。例えば、正極集電部材41は、第2領域12に圧着されていてもよい。例えば、正極集電部材41は、第2領域12に溶着されていてもよい。
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a current collector structure.
The positive electrode current collecting
負極集電部材42は、ハニカムコア(負極20)の外周壁24に接続していてもよい。負極集電部材42は、外周壁24の全周にわたって延びていてもよい。例えば、負極集電部材42は、ハニカムコアに接着されていてもよい。例えば、負極集電部材42は、ハニカムコアに圧着されていてもよい。例えば、負極集電部材42は、ハニカムコアに溶着されていてもよい。例えば、負極集電部材42は、ハニカムコアに溶接されていてもよい。
The negative electrode
図8の集電構造においては、正極10の集電面積が大きくなり得る。これにより、正極由来の抵抗成分が低減することが期待される。
In the current collecting structure of FIG. 8, the current collecting area of the
以下、本開示の実施例(以下「本実施例」とも記される。)が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定しない。 Hereinafter, examples of the present disclosure (hereinafter, also referred to as “the present examples”) will be described. However, the following description does not limit the scope of claims.
<供試電池の製造>
下記手順より、No.1からNo.7に係る供試電池が製造された。
<Manufacturing of test batteries>
From the following procedure, No. 1 to No. The test battery according to No. 7 was manufactured.
《No.1》
(1.ハニカムコアの成形)
下記材料が準備された。
負極活物質:黒鉛(メジアン径 15μm)
バインダ:CMC
分散媒:イオン交換水
<< No. 1 >>
(1. Molding of honeycomb core)
The following materials were prepared.
Negative electrode active material: Graphite (median diameter 15 μm)
Binder: CMC
Dispersion medium: Ion-exchanged water
100質量部の負極活物質と、10質量部のバインダと、60質量部の分散媒とが混合されることにより、負極ペーストが調製された。 A negative electrode paste was prepared by mixing 100 parts by mass of the negative electrode active material, 10 parts by mass of the binder, and 60 parts by mass of the dispersion medium.
ハニカムコア成形用の金型が準備された。負極ペーストが圧縮され、金型から押し出されることにより、湿潤成形体が形成された。湿潤成形体が乾燥されることにより、ハニカムコア(負極20)が形成された。乾燥温度は120℃であった。乾燥時間は3時間であった。 A mold for forming the honeycomb core was prepared. The negative electrode paste was compressed and extruded from the mold to form a wet molded body. The honeycomb core (negative electrode 20) was formed by drying the wet molded product. The drying temperature was 120 ° C. The drying time was 3 hours.
ハニカムコアの寸法等は下記のとおりである。中空セル25は、略等間隔で配置されていた。
高さ:10mm
直径:20mm
隔壁23の厚さ:250μm
中空セル25の断面形状:正六角形(一辺の長さ 350μm)
The dimensions of the honeycomb core are as follows. The
Height: 10 mm
Diameter: 20 mm
Thickness of partition wall 23: 250 μm
Cross-sectional shape of hollow cell 25: Regular hexagon (length of one side 350 μm)
(2.セパレータ 第1層の形成)
下記材料が準備された。
第1絶縁材料:ベーマイト(メジアン径 100nm)
バインダ:PVDF(製品名「KFポリマー」、グレード「♯8500」、クレハ社製)
分散媒:NMP
(2. Formation of separator 1st layer)
The following materials were prepared.
First insulating material: boehmite (
Binder: PVDF (product name "KF polymer", grade "# 8500", manufactured by Kureha Corporation)
Dispersion medium: NMP
45質量部の第1絶縁材料と、4質量部のバインダと、40質量部の分散媒とが混合されることにより、セパレータペーストが調製された。4gから5g程度のセパレータペーストがハニカムコアの第1面21に載せられた。真空ポンプにより、第2面22側からセパレータペーストがハニカムコア内に吸引された。これにより、隔壁23にセパレータペーストが塗布された。吸引後、セパレータペーストが乾燥された。これにより、第1層31が形成された。乾燥温度は120℃であった。乾燥時間は15分であった。第1層31の厚さの狙い値は、20μmであった。
A separator paste was prepared by mixing 45 parts by mass of the first insulating material, 4 parts by mass of the binder, and 40 parts by mass of the dispersion medium. About 4 g to 5 g of a separator paste was placed on the
(3.第1層の均一性の評価)
紙やすりにより、第1面21および第2面22が研磨されることにより、隔壁23の断面が露出された。光学顕微鏡により断面が観察された。30個の中空セル25が無作為に抽出された。30個の中空セル25において、それぞれ、第1層31の最小厚さ(Tmin.)と第1層31の最大厚さ(Tmax.)とが測定された。さらに比(Tmax./Tmin.)が算出された。なお、観察時、第1層31の外観が明らかに不規則であるものについては、評価から除外された。
(3. Evaluation of uniformity of the first layer)
The
(4.セパレータ 第2層の形成)
電着塗料(製品名「エレコートPI」、シミズ社製)が準備された。電着塗料は、分散質と、分散媒とを含んでいた。分散質は、樹脂粒子(ポリイミド)を含んでいた。分散媒は、水を含んでいた。樹脂粒子は、第2絶縁材料に相当する。負極集電部材42として、Ni平線(厚さ 50μm、幅 3mm)が準備された。負極集電部材42がハニカムコアの外周壁24に1周にわたって巻き付けられた。抵抗溶接により、負極集電部材42が外周壁24に溶接された。負極集電部材42が電源に接続された。ハニカムコアが電着塗料に浸漬された。ハニカムコアが陰極となるように、30Vの電圧が印加された。2分間にわたって電着が行われた。これにより、第1面21および第2面22に第2絶縁材料が堆積することにより、第2層32が形成された。電着後、水によってハニカムコアが軽く洗浄されることにより、余分な電着塗料が実質的に除去された。洗浄後、ハニカムコアに熱処理が施された。熱処理温度は180℃であった。熱処理時間は1時間であった。
(4. Formation of the second layer of the separator)
Electrodeposition paint (product name "Elecoat PI", manufactured by Shimizu Co., Ltd.) was prepared. The electrodeposition paint contained a dispersoid and a dispersion medium. The dispersoid contained resin particles (polyimide). The dispersion medium contained water. The resin particles correspond to the second insulating material. A Ni flat wire (
(5.正極の形成)
下記材料が準備された。
正極活物質:コバルト酸リチウム(メジアン径 10μm)
導電材:アセチレンブラック
バインダ:PVDF(製品名「KFポリマー」、グレード「♯1300」、クレハ社製)
分散媒:NMP
(5. Formation of positive electrode)
The following materials were prepared.
Positive electrode active material: Lithium cobalt oxide (
Conductive material: Acetylene black binder: PVDF (Product name "KF polymer", Grade "# 1300", manufactured by Kureha Corporation)
Dispersion medium: NMP
64質量部の正極活物質と、4質量部の導電材と、2質量部のバインダと、30質量部の分散媒とが混合されることにより、正極ペーストが調製された。プラスチック製のシリンジが準備された。シリンジのバレル内に、ハニカムコアが固定された。バレル内において、ハニカムコアとプランジャとの間に、約3.5gの正極ペーストが配置された。プランジャにより、正極ペーストがハニカムコア内に押し込まれた。すなわち、正極ペーストが中空セル25に充填された。押し込み側と反対側の開口部から、正極ペーストが吐出した時点で、プランジャの押し込みが停止された。正極ペーストの充填後、ハニカムコアがバレルから取り出された。ハニカムコアが乾燥された。乾燥温度は120℃であった。乾燥時間は30分であった。以上より、正極10が形成された。
A positive electrode paste was prepared by mixing 64 parts by mass of the positive electrode active material, 4 parts by mass of the conductive material, 2 parts by mass of the binder, and 30 parts by mass of the dispersion medium. A plastic syringe was prepared. A honeycomb core was fixed in the barrel of the syringe. In the barrel, about 3.5 g of positive electrode paste was placed between the honeycomb core and the plunger. The plunger pushed the positive electrode paste into the honeycomb core. That is, the positive electrode paste was filled in the
(6.電池の組み付け)
正極集電部材41として、Al箔(厚さ 15μm)が準備された。打ち抜き加工により、正極集電部材41が円形(直径 25mm)に加工された。ハニカムコアの高さ方向において、ハニカムコアの両側に正極集電部材41がそれぞれ配置された。約0.5gの正極ペーストにより、正極集電部材41が第2領域12(正極10)に接着された。
(6. Battery assembly)
An Al foil (thickness 15 μm) was prepared as the positive electrode
前述のように、本実施例においては第2層32の形成時(電着時)に、負極集電部材42が外周壁24(負極20)に接続された。
As described above, in this embodiment, the negative electrode current collecting
外部端子として、SUSタブが準備された。正極集電部材41および負極集電部材42の各々に、SUSタブが溶接された。
A SUS tab was prepared as an external terminal. A SUS tab was welded to each of the positive electrode
電解液が準備された。電解液の組成は下記のとおりであった。
支持電解質:LiPF6(濃度 1mоl/kg)
溶媒:EC/EMC/DMC=1/1/1(体積比)
The electrolyte was prepared. The composition of the electrolytic solution was as follows.
Supporting electrolyte: LiPF 6 (concentration 1 mol / kg)
Solvent: EC / EMC / DMC = 1/1/1 (volume ratio)
電池ケースとして、Alラミネートフィルム製の袋が準備された。電池要素50が電池ケースに収納された。5gの電解液が電池ケースに注入された。電解液の注入後、真空シーラにより、電池ケースが密封された。以上より、No.1に係る供試電池が製造された。本実施例における供試電池の設計容量は、400mAhであった。
As a battery case, a bag made of Al laminated film was prepared. The
《No.2》
上記「2.セパレータ 第1層の形成」において、45質量部の第1絶縁材料と、10質量部のバインダと、90質量部の分散媒とが混合されることにより、セパレータペーストが調製されることを除いては、No.1と同様に、供試電池が製造された。
<< No. 2 >>
In the above "2. Formation of the first layer of the separator", a separator paste is prepared by mixing 45 parts by mass of the first insulating material, 10 parts by mass of the binder, and 90 parts by mass of the dispersion medium. Except for that, No. Similar to No. 1, the test battery was manufactured.
《No.3》
上記「1.ハニカムコアの成形」において、ハニカムコア成形用の金型が変更されることにより、下記寸法等を有するハニカムコアが形成されることを除いては、No.1と同様に、供試電池が製造された。
<< No. 3 >>
In the above "1. Honeycomb core molding", No. 1 except that a honeycomb core having the following dimensions is formed by changing the mold for honeycomb core molding. Similar to No. 1, the test battery was manufactured.
高さ:10mm
直径:20mm
隔壁23の厚さ:250μm(最も薄い部分の厚さ)
中空セル25の断面形状:円形(内径 500μm)
Height: 10 mm
Diameter: 20 mm
Thickness of partition wall 23: 250 μm (thickness of the thinnest part)
Cross-sectional shape of hollow cell 25: circular (inner diameter 500 μm)
《No.4》
上記「1.ハニカムコアの成形」において、ハニカムコア成形用の金型が変更されることにより、下記寸法等を有するハニカムコアが形成されることを除いては、No.1と同様に、供試電池が製造された。
<< No. 4 >>
In the above "1. Honeycomb core molding", No. 1 except that a honeycomb core having the following dimensions is formed by changing the mold for honeycomb core molding. Similar to No. 1, the test battery was manufactured.
高さ:10mm
直径:20mm
隔壁23の厚さ:140μm
中空セル25の断面形状:正方形(一辺の長さ 240μm)
Height: 10 mm
Diameter: 20 mm
Thickness of partition wall 23: 140 μm
Cross-sectional shape of hollow cell 25: square (length of one side 240 μm)
図9は、No.1、No.3およびNo.4における第1層の説明図である。No.1およびNo.4については、実際の光学顕微鏡画像も示されている。 FIG. 9 shows No. 1, No. 3 and No. It is explanatory drawing of the 1st layer in 4. No. 1 and No. For 4, the actual light microscope image is also shown.
《No.5》
上記「2.セパレータ 第1層の形成」において、45質量部の第1絶縁材料と、4質量部のバインダと、55質量部の分散媒とが混合されることにより、セパレータペーストが調製されることを除いては、No.4と同様に、供試電池が製造された。
<< No. 5 >>
In the above "2. Formation of the first layer of the separator", a separator paste is prepared by mixing 45 parts by mass of the first insulating material, 4 parts by mass of the binder, and 55 parts by mass of the dispersion medium. Except for that, No. Similar to No. 4, the test battery was manufactured.
《No.6》
上記「2.セパレータ 第1層の形成」において、45質量部の第1絶縁材料と、4質量部のバインダと、60質量部の分散媒とが混合されることにより、セパレータペーストが調製されることを除いては、No.4と同様に、供試電池が製造された。
<< No. 6 >>
In the above "2. Formation of the first layer of the separator", a separator paste is prepared by mixing 45 parts by mass of the first insulating material, 4 parts by mass of the binder, and 60 parts by mass of the dispersion medium. Except for that, No. Similar to No. 4, the test battery was manufactured.
《No.7》
セパレータが形成されないことを除いては、No.1と同様に、供試電池が製造された。
<< No. 7 >>
No. except that no separator is formed. Similar to No. 1, the test battery was manufactured.
<サイクル試験>
下記条件により、サイクル試験が実施された。100サイクル目の放電容量が初回サイクルの放電容量で除されることにより、容量維持率(百分率)が算出された。容量維持率は下記表1に示される。
<Cycle test>
A cycle test was conducted under the following conditions. The capacity retention rate (percentage) was calculated by dividing the discharge capacity of the 100th cycle by the discharge capacity of the first cycle. The capacity retention rate is shown in Table 1 below.
充電:CCCV方式、CC電流 200mA、CV電圧 4.2V、終止電流 10mV
放電:CCCV方式、CC電流 200mA、CV電圧 3V、終止電流 10mA
サイクル数:100
Charging: CCCV method, CC current 200mA, CV voltage 4.2V, termination current 10mV
Discharge: CCCV method, CC current 200mA, CV voltage 3V, termination current 10mA
Number of cycles: 100
なお「CCCV方式」は、定電流-定電圧方式を示す。「CC電流」は、定電流充電時の電流を示す。「CV電圧」は、定電圧充電時の電圧を示す。定電圧充電または定電圧放電中は、電流が減衰する。電流が「終止電流」まで減衰した時点で、充電または放電が停止される。 The "CCCV method" indicates a constant current-constant voltage method. "CC current" indicates the current at the time of constant current charging. "CV voltage" indicates a voltage at the time of constant voltage charging. During constant voltage charge or constant voltage discharge, the current is attenuated. Charging or discharging is stopped when the current decays to the "termination current".
<結果>
上記表1に示されるように、比(Tmax./Tmin.)が1.45以下である時、サイクル試験における容量維持率が向上する傾向がみられる。すなわち、サイクル特性が向上する傾向がみられる。
<Result>
As shown in Table 1 above, when the ratio (T max. / T min. ) Is 1.45 or less, the capacity retention rate in the cycle test tends to improve. That is, there is a tendency for the cycle characteristics to improve.
中空セルの断面形状が正六角形または円形である時、比(Tmax./Tmin.)が小さい傾向がみられる。 When the cross-sectional shape of the hollow cell is a regular hexagon or a circle, the ratio (T max. / T min. ) Tends to be small.
No.4、5の結果から、セパレータペーストの固形分率が下がることにより(すなわち粘性が下がることにより)、比(Tmax./Tmin.)が小さくなる傾向がみられる。しかし、固形分率が過度に低くなると、セパレータペーストがハニカムコアの表面に付着し難くなり、セパレータの形成が困難である(No.6)。本実施例においては、セパレータペーストの固形分率を調整するよりも、中空セルの断面形状を調整することの方が有効であると考えられる。 No. From the results of 4 and 5, there is a tendency that the ratio (T max. / T min. ) Decreases as the solid content ratio of the separator paste decreases (that is, the viscosity decreases). However, when the solid content ratio becomes excessively low, it becomes difficult for the separator paste to adhere to the surface of the honeycomb core, and it becomes difficult to form the separator (No. 6). In this embodiment, it is considered more effective to adjust the cross-sectional shape of the hollow cell than to adjust the solid content of the separator paste.
本実施形態および本実施例は、全ての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的なものではない。例えば、本実施形態および本実施例から、任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。 The present embodiment and the present embodiment are exemplary in all respects. The present embodiment and the present embodiment are not limiting. For example, it is planned from the beginning that arbitrary configurations are extracted from the present embodiment and the present embodiment and they are arbitrarily combined.
特許請求の範囲の記載に基づいて定められる技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味における全ての変更を包含する。さらに、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の範囲内における全ての変更も包含する。 The technical scope defined based on the description of the scope of claims includes all changes in the sense equivalent to the description of the scope of claims. Furthermore, the technical scope defined based on the description of the scope of claims also includes all changes within the scope equivalent to the description of the scope of claims.
10 正極、11 第1領域、12 第2領域、20 負極、21 第1面、22 第2面、23 隔壁、24 外周壁、25 中空セル、30 セパレータ、31 第1層、32 第2層、41 正極集電部材、42 負極集電部材、50 電池要素、100 電池。 10 Positive electrode, 11 1st region, 12 2nd region, 20 Negative electrode, 21 1st surface, 22 2nd surface, 23 partition wall, 24 outer wall, 25 hollow cell, 30 separator, 31 1st layer, 32 2nd layer, 41 positive electrode current collector member, 42 negative electrode current collector member, 50 battery element, 100 battery.
Claims (1)
負極と、
セパレータと、
を含み、
前記負極は、ハニカムコアを形成しており、
前記ハニカムコアは、第1面と第2面と隔壁と外周壁とを含み、
前記第2面は、前記第1面と相対しており、
前記隔壁は、前記第1面と前記第2面との間に形成されており、
前記第1面と平行な断面において、前記隔壁は、格子状に延びることにより、複数個の中空セルを仕切っており、
前記第1面と平行な前記断面において、前記外周壁は、前記隔壁の周囲を取り囲んでおり、
複数個の前記中空セルの各々は、前記第1面から前記第2面に向かう方向において、前記ハニカムコアを貫通しており、
前記セパレータは、前記正極と前記負極とを空間的に分離しており、
前記セパレータは、第1層と第2層とを含み、
前記第1層は、前記隔壁の少なくとも一部を被覆しており、
前記第2層は、前記第1面および前記第2面の少なくとも一部を被覆しており、
前記正極は、第1領域と第2領域とを含み、
前記第1領域は、前記中空セルに充填されており、
前記第2領域は、前記第1面に垂直な断面において、前記セパレータの前記第2層よりも外側に突出するように延びており、
前記第1面と平行な前記断面において、前記中空セル内の前記第1層は、最小厚さと最大厚さとを有し、
前記最小厚さに対する、前記最大厚さの比が1.45以下である、
電池。 With the positive electrode
With the negative electrode
Separator and
Including
The negative electrode forms a honeycomb core and has a honeycomb core.
The honeycomb core includes a first surface, a second surface, a partition wall, and an outer peripheral wall.
The second surface faces the first surface and is opposed to the first surface.
The partition wall is formed between the first surface and the second surface.
In the cross section parallel to the first surface, the partition wall extends in a grid pattern to partition a plurality of hollow cells.
In the cross section parallel to the first surface, the outer peripheral wall surrounds the partition wall.
Each of the plurality of hollow cells penetrates the honeycomb core in the direction from the first surface to the second surface.
The separator spatially separates the positive electrode and the negative electrode.
The separator comprises a first layer and a second layer.
The first layer covers at least a part of the partition wall, and the first layer covers at least a part of the partition wall.
The second layer covers at least a part of the first surface and the second surface.
The positive electrode includes a first region and a second region.
The first region is filled in the hollow cell, and the first region is filled.
The second region extends so as to project outward from the second layer of the separator in a cross section perpendicular to the first surface.
In the cross section parallel to the first surface, the first layer in the hollow cell has a minimum thickness and a maximum thickness.
The ratio of the maximum thickness to the minimum thickness is 1.45 or less.
battery.
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