JP2023042928A - 二次電池、電池パック、車両及び定置用電源 - Google Patents
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Abstract
Description
電解液を水溶液化する場合の問題点の1つとして、水の酸化還元分解などの副反応を生じることが挙げられる。副反応は電池のクーロン効率の低下を招く。副反応を抑制するため、正極または負極のうちの少なくとも一方の電極の集電体に導電性の樹脂シートを用いることが検討されている。
第1実施形態によれば、複数の正極と、複数の負極と、セパレータと、正極リードと、負極リードと、水系電解質とを含む、二次電池が提供される。実施形態に係る二次電池は、リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池などのアルカリ金属イオン二次電池であり得る。
正極は、第1導電性材料及び第1高分子材料を含む正極集電体と、正極集電体の一端部の少なくとも一箇所から第1方向に沿って延出した正極タブ(または正極集電タブ)と、正極集電体の少なくとも一方の主面上に担持された正極活物質含有層とを含む。正極活物質含有層は、正極活物質を含む。正極活物質含有層は、導電剤及び結着剤を更に含み得る。導電剤は、集電性能を高め、且つ活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために、必要に応じて配合される。結着剤は、活物質、導電剤及び集電体を結着させる作用を有する。
正極リードは、導電性であれば特に限定されるものではないが、例えば、金属、合金、炭素質材料あるいは正極集電体と同じ材料から形成され得る。
負極は、第2導電性材料及び第2高分子材料を含む負極集電体と、負極集電体の一端部の少なくとも一箇所から第1方向と異なる第2方向に沿って延出した負極タブと、負極集電体の少なくとも一方の主面上に担持された負極活物質含有層とを含む。負極活物質含有層は、負極活物質を含んでいる。
負極リードは、導電性であれば特に限定されるものではないが、例えば、金属、合金、炭素質材料あるいは負極集電体と同じ材料から形成され得る。
水系電解質は、水系溶媒と電解質塩とを含む。水系電解質は、例えば、液状である。液状水系電解質は、溶質としての電解質塩を水系溶媒に溶解することにより調製される水溶液である。負極活物質含有層及び正極活物質含有層の双方に水系電解質が保持されている場合、これら水系電解質の種類は同一であってもよく、異なっていてもよい。
セパレータは、例えば、正極と負極との間に配置される。また、セパレータは、正極または負極の一方のみを被覆するものが含まれていても良い。
外装部材としては、例えば、金属製容器、ラミネートフィルム製容器、又は樹脂製容器を使用することができる。金属製容器としては、ニッケル、鉄、及びステンレスなどからなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが使用できる。樹脂製容器としては、ポリエチレン又はポリプロピレンなどからなるものを用いることができる。
第2実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第1実施形態に係る二次電池を具備している。この電池パックは、第1実施形態に係る二次電池を1つ具備していてもよく、複数個の二次電池で構成された組電池を具備していてもよい。
第3実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第2実施形態に係る電池パックを搭載している。
第4実施形態によると、定置用電源が提供される。この定置用電源は、実施形態に係る電池パックを搭載している。なお、この定置用電源は、第2実施形態に係る電池パックの代わりに、第1実施形態に係る二次電池又は組電池を搭載していてもよい。
以下に実施例を説明するが、実施形態は、以下に記載される実施例に限定されるものではない。
<負極の作製>
負極活物質として、式Li4Ti5O12で表される組成を有するチタン複合酸化物の粒子を準備した。導電剤としてのアセチレンブラック(AB)と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを準備した。これらを、負極活物質:AB:PVdFの質量比が90:5:5となるようにn-メチルピロリドン(NMP)溶媒中で混合し、スラリーを得た。このスラリーを負極集電体の表裏両方の主面上に負極タブとなるべき部分を除いて塗布し、塗膜を乾燥させて負極活物質含有層を形成した。負極集電体として、ポリプロピレン(PP)からなるマトリクス成分を70質量%と導電性フィラーとしてカーボンブラック(CB)を30質量%からなる厚さが40μmの導電性樹脂シートを用意した。負極タブは、負極集電体の短辺方向に沿った一端部の2か所を第2方向に延出させたものであった。負極活物質含有層の片面当たりの塗布量は50g/m2とした。
正極活物質として、式LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2(表1でNCM333と表示)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の粒子を準備した。また、導電剤としてのアセチレンブラック(AB)と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを用意した。これらを、正極活物質:AB:PVdFの質量比が90:5:5となるように混合して混合物を得た。次に、得られた混合物をn-メチルピロリドン(NMP)溶媒中に分散して、正極スラリーを調製した。このスラリーを正極集電体の表裏両方の主面上に正極タブとなるべき部分を除いて塗布し、塗膜を乾燥させて正極活物質含有層を形成した。正極集電体として、ポリプロピレン(PP)からなるマトリクス成分を70質量%と導電性フィラーとしてカーボンブラック(CB)を30質量%からなる厚さが40μmの導電性樹脂シートを用意した。正極タブは、正極集電体の短辺方向に沿った一端部の2か所を第1方向に延出させたものであった。正極活物質含有層の片面当たりの塗布量は50g/m2とした。
厚さが15μmであるポリエチレン(PE)多孔質フィルムの両面にアルミナ粒子を含む層を3μm形成したものをセパレータとして用意した。次いで、用意したセパレータと上記負極と上記正極とを、負極、セパレータ、正極、及びセパレータの順で積層し、積層体からなる電極群を得た。使用した負極は4枚で、電極群の上層側から第1、第2、第3、第4の負極とする。使用した正極は3枚で、電極群の上層側から第1、第2、第3の正極とする。負極タブの延出方向は、図2に示すx軸に沿った第2方向であった。また、正極タブの延出方向は、図2に示すx軸に沿った、第2方向と反対向きの第1方向であった。
(実施例2)
正負極タブと正負極リードとの接続方法を下記の通りに変更すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を製造した。
(実施例3)
正負極タブと正負極リードとの接続方法を下記の通りに変更すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を製造した。
(比較例1)
図18と図19に示す構造の比較例1の二次電池を以下の方法により製造した。図18は、比較例の二次電池の電極群を示す概略図で、図19は、図18のA部の積層方向に沿った断面図である。
実施例1で説明したのと同様な組成のスラリーを負極集電体の表裏両方の主面上に負極タブとなるべき部分を除いて塗布し、塗膜を乾燥させて負極活物質含有層を形成した。負極集電体として、厚さが15μmのアルミニウム箔を用意した。負極タブは、負極集電体の短辺方向に沿った一端部の1か所を第2方向に延出させたものであった。負極活物質含有層の片面当たりの塗布量は50g/m2とした。
実施例1で説明したのと同様な組成のスラリーを正極集電体の表裏両方の主面上に正極タブとなるべき部分を除いて塗布し、塗膜を乾燥させて正極活物質含有層を形成した。正極集電体として、厚さが15μmのアルミニウム箔を用意した。正極タブは、正極集電体の短辺方向に沿った一端部の1か所を第1方向に延出させたものであった。正極活物質含有層の片面当たりの塗布量は50g/m2とした。
上記負極と上記正極と実施例1で用意したのと同様なセパレータとを、負極、セパレータ、正極、及びセパレータの順で積層し、積層体からなる電極群30を得た。使用した負極は4枚であった。使用した正極は3枚であった。負極タブ31の延出方向は、図18に示すx軸に沿った第2方向であった。また、正極タブ32の延出方向は、図18のx軸に沿った第1方向であった。
(比較例2)
図18と図19に示す構造の比較例2の二次電池を以下の方法により製造した。
実施例1で説明したのと同様な組成のスラリーを負極集電体の表裏両方の主面上に負極タブとなるべき部分を除いて塗布し、塗膜を乾燥させて負極活物質含有層を形成した。負極集電体として、実施例1と同様な樹脂シートを用意した。負極タブは、負極集電体の短辺方向に沿った一端部の1か所を第2方向に延出させたものであった。負極活物質含有層の片面当たりの塗布量は50g/m2とした。
実施例1で説明したのと同様な組成のスラリーを正極集電体の表裏両方の主面上に正極タブとなるべき部分を除いて塗布し、塗膜を乾燥させて正極活物質含有層を形成した。正極集電体として、実施例1と同様な樹脂シートを用意した。正極タブは、正極集電体の短辺方向に沿った一端部の1か所を第1方向に延出させたものであった。正極活物質含有層の片面当たりの塗布量は50g/m2とした。
上記負極と上記正極と実施例1で用意したのと同様なセパレータとを、負極、セパレータ、正極、及びセパレータの順で積層し、積層体からなる電極群30を得た。使用した負極は4枚であった。使用した正極は3枚であった。負極タブ31の延出方向は、図18に示すx軸に沿った第2方向であった。また、正極タブ32の延出方向は、図18のx軸に沿った第1方向であった。
Claims (13)
- 第1導電性材料及び第1高分子材料を含む正極集電体と、前記正極集電体の一端部の少なくとも一箇所から第1方向に沿って延出した正極タブと、前記正極集電体の表面の少なくとも一部に担持された正極活物質含有層とを含む、複数の正極と、
第2導電性材料及び第2高分子材料を含む負極集電体と、前記負極集電体の一端部の少なくとも一箇所から第2方向に沿って延出した負極タブと、前記負極集電体の表面の少なくとも一部に担持された負極活物質含有層とを含む、複数の負極と、
各正極と各負極の間に配置されるセパレータと、
前記各正極の前記正極タブの少なくとも一部が直接接している正極リードと、
前記各負極の前記負極タブの少なくとも一部が直接接している負極リードと、
水系電解質と
を含む、二次電池。 - 前記正極タブが前記正極集電体の前記一端部の複数箇所から前記第1方向に沿って延出した複数延出部を有し、前記各正極の前記正極タブの前記複数延出部の少なくとも一つが前記正極リードと直接接しており、
前記負極タブが前記負極集電体の前記一端部の複数箇所から前記第2方向に沿って延出した複数延出部を有し、前記各負極の前記負極タブの前記複数延出部の少なくとも一つが前記負極リードと直接接している、請求項1に記載の二次電池。 - 前記複数の正極は、第1正極と第2正極を含み、
前記第1正極の前記正極タブの少なくとも一部が、前記正極リードと直接接しており、
前記第2正極の前記正極タブの少なくとも一部が、前記正極リードと直接接しており、
前記正極リード上の前記第1正極の前記正極タブと、前記正極リード上の前記第2正極の前記正極タブの間に、互いを電気的に接続する連結部が設けられており、
前記複数の負極は、第1負極と第2負極を含み、
前記第1負極の前記負極タブの少なくとも一部が、前記負極リードと直接接しており、
前記第2負極の前記負極タブの少なくとも一部が、前記負極リードと直接接しており、
前記負極リード上の前記第1負極の前記負極タブと、前記負極リード上の前記第2負極の前記負極タブの間に、互いを電気的に接続する連結部が設けられている、請求項1に記載の二次電池。 - 前記複数の正極は、第1正極と第2正極を含み、
前記第1正極と前記第2正極それぞれの前記正極タブが前記正極集電体の前記一端部の複数箇所から前記第1方向に沿って延出した複数延出部を有し、
前記第1正極の前記正極タブの前記複数延出部の少なくとも一つが前記正極リードと直接接しており、
前記第2正極の前記正極タブの前記複数延出部の少なくとも一つが前記正極リードと直接接しており、
前記正極リード上の前記第1正極の前記複数延出部と、前記正極リード上の前記第2正極の前記複数延出部の間に、互いを電気的に接続する連結部が設けられており、
前記複数の負極は、第1負極と第2負極を含み、
前記第1負極と前記第2負極それぞれの前記負極タブが前記負極集電体の前記一端部の複数箇所から前記第2方向に沿って延出した複数延出部を有し、
前記第1負極の前記負極タブの前記複数延出部の少なくとも一つが前記負極リードと直接接しており、
前記第2負極の前記負極タブの前記複数延出部の少なくとも一つが前記負極リードと直接接しており、
前記負極リード上の前記第1負極の前記複数延出部と、前記負極リード上の前記第2負極の前記複数延出部の間に、互いを電気的に接続する連結部が設けられている、請求項1に記載の二次電池。 - 前記連結部は、接触、熱融着、及び導電性接着剤から選択される少なくとも1種から形成される、請求項3または請求項4に記載の二次電池。
- 前記正極集電体は、前記第1高分子材料からなるマトリクス成分と、前記マトリクス成分に混合され、前記第1導電性材料からなるフィラーとを含む導電性樹脂シートであり、
前記負極集電体は、前記第2高分子材料からなるマトリクス成分と、前記マトリクス成分に混合され、前記第2導電性材料からなるフィラーとを含む導電性樹脂シートである、請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池。 - 前記正極リードは、Ti、ステンレス鋼、Al及び炭素質材料からなる群から選択される少なくとも1種を含むか、前記正極集電体と同じ材料から形成されている、請求項1~6のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記負極リードは、Al、Zn、Sn、Ni、Cu及び炭素質材料からなる群から選択される少なくとも1種を含むか、前記負極集電体と同じ材料から形成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載の二次電池。
- 請求項1~8の何れか1項に記載の二次電池を具備した電池パック。
- 通電用の外部端子と、保護回路とを更に具備する請求項9に記載の電池パック。
- 複数の前記二次電池を具備し、前記二次電池が、直列、並列、又は、直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項9又は10に記載の電池パック。
- 請求項1~8の何れか1項に記載の二次電池を具備する車両。
- 請求項1~8の何れか1項に記載の二次電池を具備する定置用電源。
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