JP3866740B2 - 非水電解質二次電池、組電池及び電池パック - Google Patents
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Description
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、リチウムチタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備する非水電解質二次電池が提供される。
また、本発明によれば、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、チタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備する非水電解質二次電池が提供される。
さらに、本発明によれば、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、硫化鉄粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備する非水電解質二次電池が提供される。
また、本発明によれば、前記非水電解質二次電池のうちいずれかを備える電池パックが提供される。
各単位電池は、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、リチウムチタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする組電池が提供される。
また、本発明によれば、複数の単位電池を直列に接続した直列接続ユニットを備える組電池であって、
各単位電池は、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、チタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする組電池が提供される。
さらに、本発明によれば、複数の単位電池を直列に接続した直列接続ユニットを備える組電池であって、
各単位電池は、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、硫化鉄粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする組電池が提供される。
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極層とを含む。
ここで、(1×106)で表わされる値は1mm×1mmの視野面積(μm2)で、nは結晶粒子数である。
負極集電体の厚さは、高容量化のため、20μm以下が好ましい。より好ましい範囲は12μm以下である。また、負極集電体の厚さの下限値は、3μmにすることが望ましい。
この正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを含む。
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。また、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)を非水電解質として使用してもよい。
セパレータとしては、例えば、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを用いることができる。
外装部材としては、肉厚0.2mm以下のラミネートフィルム製容器や、肉厚0.5mm以下の金属製容器などが挙げられる。容器の形状は非水電解質二次電池の形態に応じたものにする。非水電解質二次電池の形態としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型、電気自動車等に積載される大型電池等が挙げられる。
以下、本発明の実施例について、前述した図面を参照して説明する。
<負極の作製>
活物質として、平均粒子径5μmでLi吸蔵電位が1.55V(vs.Li/Li+)のチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)粉末と、導電剤として平均粒子径0.4μmの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比で90:7:3となるように配合し、これらをn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した。
但し、W0は電極総重量(g)で、W1は集電体重量(g)で、T0は電極厚さ(cm)で、T1は集電体厚さ(cm)で、Sは負極面積で、この場合、25cm2である。
活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比で87:8:5となるように配合し、これらをn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ15μmの平均結晶粒子径10μmのアルミニウム箔(純度99.99%)にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度3.5g/cm3の正極を作製した。
負極活物質の一次粒子の平均粒子径及び負極密度を下記表1に示す値にすること以外は、上述した実施例1と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。実施例1〜3は、チタン酸リチウムの平均粒子径の効果を調べるためのものである。
負極集電体の平均結晶粒子径及び負極密度を下記表1に示すように変更すること以外は、上述した実施例3と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。実施例3〜7は、Al平均結晶粒子径の効果を調べるためのものである。
負極活物質の一次粒子の平均粒子径及び負極密度を下記表1に示す値にすること以外は、上述した実施例7と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。実施例7〜10は、チタン酸リチウムの平均粒子径の更なる効果を調べるためのものである。
負極集電体の平均結晶粒子径及び負極密度を下記表1に示す値にすること以外は、上述した実施例9と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。実施例11は、Al平均結晶粒子径とチタン酸リチウムの平均粒子径との組み合わせの効果を調べるためのものである。
組成と厚さと平均結晶粒子径が下記表1に示す値のアルミニウム合金箔を負極集電体として用いると共に、負極活物質の一次粒子の平均粒子径を下記表1に示す値にすること以外は、上述した実施例9と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
組成と厚さと平均結晶粒子径が下記表1に示す値のアルミニウム合金箔を負極集電体として用いること以外は、上述した実施例9と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
組成と厚さと平均結晶粒子径が下記表1に示す値のアルミニウム合金箔を負極集電体として用いると共に、負極密度を下記表1に示す値にすること以外は、上述した実施例9と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
組成と平均結晶粒子径が下記表1に示す値の金属材料から形成された下記表1に示す肉厚を持つ金属製容器を外装部材として用意した。
組成と厚さと平均結晶粒子径が下記表1に示す値のアルミニウム合金箔を負極集電体として用いると共に、負極密度を下記表1に示す値にすること以外は、上述した実施例9と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
下記表1に示す負極集電体を用いると共に、負極密度を下記表1に示す値にすること以外は、上述した実施例3と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
下記表1に示す負極集電体および負極活物質を用いると共に、負極密度を下記表1に示すように設定すること以外は、上述した実施例20と同様な構成の角形非水電解質二次電池を製造した。
組成、厚さ及び平均結晶粒子径が下記表1に示す値の負極集電体を用いると共に、負極活物質の一次粒子の平均粒子径と負極密度を下記表1に示す値にすること以外は、上述した比較例1と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
組成、厚さ及び平均結晶粒子径が下記表1に示す値の負極集電体を用い、負極活物質の一次粒子の平均粒子径と負極密度を下記表1に示す値にし、かつ金属容器を構成する金属材料の組成と金属容器の肉厚を下記表1に示すように設定すること以外は、上述した比較例4と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
下記表1に示す厚さの銅箔を負極集電体として用いること以外は、上述した比較例1と同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
Claims (23)
- 容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、リチウムチタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする非水電解質二次電池。 - 前記リチウムチタン酸化物粒子は、一次粒子の平均粒子径が1μm以下である粒度分布を有することを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
- 前記リチウムチタン酸化物粒子はスピネル構造を有することを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質二次電池。
- 前記リチウムチタン酸化物粒子はLi4+xTi5O12(xは−1≦x≦3)で表されることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、チタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする非水電解質二次電池。 - 前記チタン酸化物粒子は、一次粒子の平均粒子径が1μm以下である粒度分布を有することを特徴とする請求項5記載の非水電解質二次電池。
- 容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、硫化鉄粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする非水電解質二次電池。 - 前記硫化鉄粒子は、一次粒子の平均粒子径が1μm以下である粒度分布を有することを特徴とする請求項7記載の非水電解質二次電池。
- 前記平均粒子径はレーザー回折により測定されることを特徴とする請求項2,6または8記載の非水電解質二次電池。
- 前記アルミニウム箔及び前記アルミニウム合金箔の平均結晶粒子径は、0.01μm以上、50μm以下であることを特徴とする請求項1〜9いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 前記アルミニウム合金箔は、鉄、マグネシウム、亜鉛、マンガン及びケイ素よりなる群から選択される1種類以上の元素を含むと共に、アルミニウム含有量が95重量%以上、99.5重量%以下であることを特徴とする請求項1〜10いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極集電体の厚さは20μm以下であることを特徴とする請求項1〜11いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極の密度は、1.5g/cm3以上、5g/cm3以下であることを特徴とする請求項1〜12いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 前記容器は、平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウムまたは平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項1〜13いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極は、平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる正極集電体を備えることを特徴とする請求項1〜14いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 一端が前記正極に電気的に接続され、かつ他端が前記容器の外部に引き出されている正極端子と、一端が前記負極に電気的に接続され、かつ他端が前記容器の外部に前記正極端子と反対向きとなるように引き出されている負極端子とをさらに具備することを特徴とする請求項1〜15いずれか1項記載の非水電解質二次電池。
- 請求項1〜16いずれか1項記載の非水電解質二次電池を具備することを特徴とする電池パック。
- 複数の単位電池を直列に接続した直列接続ユニットを備える組電池であって、
各単位電池は、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、リチウムチタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする組電池。 - 複数の単位電池を直列に接続した直列接続ユニットを備える組電池であって、
各単位電池は、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、チタン酸化物粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする組電池。 - 複数の単位電池を直列に接続した直列接続ユニットを備える組電池であって、
各単位電池は、容器と、
前記容器内に収容された非水電解質と、
前記容器内に収納された正極と、
平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム箔または平均結晶粒子径が50μm以下のアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、硫化鉄粒子を含有する負極層とを備えると共に前記容器内に収納された負極と
を具備することを特徴とする組電池。 - 前記直列接続ユニットの主面を被覆するクッション部材をさらに備えることを特徴とする請求項18〜20いずれか1項記載の組電池。
- 前記直列接続ユニットにおける前記複数の単位電池はその厚さ方向に積層されていることを特徴とする請求項18〜20いずれか1項記載の組電池。
- 前記直列接続ユニットの最外層の単位電池を被覆するクッション部材をさらに備えることを特徴とする請求項22記載の組電池。
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