JP5509560B2 - リチウムイオン二次電池用負極保護剤およびこれを含むリチウムイオン二次電池用負極 - Google Patents
リチウムイオン二次電池用負極保護剤およびこれを含むリチウムイオン二次電池用負極 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5509560B2 JP5509560B2 JP2008233638A JP2008233638A JP5509560B2 JP 5509560 B2 JP5509560 B2 JP 5509560B2 JP 2008233638 A JP2008233638 A JP 2008233638A JP 2008233638 A JP2008233638 A JP 2008233638A JP 5509560 B2 JP5509560 B2 JP 5509560B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- active material
- lithium ion
- electrode active
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 98
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims description 96
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 title claims description 47
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 123
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 36
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 33
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 28
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 claims description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 39
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 22
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 14
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 13
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 6
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 6
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 5
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 5
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 5
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 5
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 5
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- -1 for example Substances 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052696 pnictogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910018921 CoO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013385 LiN(SO2C2F5)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012424 LiSO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017267 Mo 6 S 8 Inorganic materials 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018060 Ni-Co-Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018209 Ni—Co—Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052795 boron group element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- SWAIALBIBWIKKQ-UHFFFAOYSA-N lithium titanium Chemical compound [Li].[Ti] SWAIALBIBWIKKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical class [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910000319 transition metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000385 transition metal sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
集電体(11、14、31)は導電性材料から構成され、その両面に活物質層が配置されて電池の電極となり、最終的には電池を構成する。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。
活物質層(12、15、32、33)は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
負極活物質層(15、33)は、負極活物質を含む。本発明の実施形態に係る電池における特徴の1つは、負極活物質層(15、33)に含まれる負極活物質として、ケイ素(Si)またはスズ(Sn)を主成分とする負極活物質が用いられる点である。上述したように、かような材料を用いて負極活物質を構成すると、従来の炭素・黒鉛系負極材料を負極活物質として用いた場合と比較して、高いエネルギー密度が達成されうる。なお、本明細書において、「負極活物質がケイ素またはスズを主成分とする」とは、負極活物質層に含まれる負極活物質の総質量に占めるケイ素およびスズの合計質量が50質量%以上であることを意味する。好ましくは、当該合計質量は70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上であり、さらに好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。なお、負極活物質としては、より大きい理論容量を達成可能であるという観点からは、ケイ素が用いられることが好ましい。この際、主成分の定義および含有量の好ましい範囲は上記の範囲と同様である。
電解質層(13、35)は、正極活物質層と負極活物質層との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。
シール部43は、双極型二次電池に特有の部材であり、電解質層35の漏れを防止する目的で単電池層36の周縁部に配置されている。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。図2に示す形態において、シール部43は、集電体31と電解質層35とで挟持されるように、単電池層35の周縁部に配置されている。シール部43の構成材料としては、例えば、PE、PPなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
電池(10、30)においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続されたタブ(正極タブ(18、38)および負極タブ(19、39))が外装材であるラミネートフィルム(22、42)の外部に取り出されている。
図2に示す双極型リチウムイオン電池30においては、正極リード40および負極リード41をそれぞれ介して、集電体はタブと電気的に接続されている。ただし、上述したように最外層集電体(31a、31b)を延長してタブとする場合には、正極および負極リードは用いなくてもよい。
外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図1や図2に示すようなラミネートフィルム22を外装材として用いて、電池要素(17、37)をパックしてもよい。ラミネートフィルム22は、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。
図4は、本発明に係るリチウムイオン二次電池の代表的な実施形態である積層型の扁平電池の外観を表した斜視図である。
本発明のリチウムイオン二次電池は、複数個接続されて、組電池を構成しうる。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。また、本発明のリチウムイオン二次電池を用いることで、サイクル耐久性に優れ長期信頼性の高い組電池が提供されうる。なお、本発明の組電池では、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池とを用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。
本発明のリチウムイオン二次電池や組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。本発明の二次電池または組電池は、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いられうる。これにより、高寿命で信頼性の高い自動車が提供されうる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両であれば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
(負極の作製)
負極集電体として、円形のニッケル箔(厚さ20μm、直径16mm)を準備した。この負極集電体の一方の面に、ホウ素ドープされたケイ素をターゲットとするRFスパッタリング法によりP型ケイ素(p−Si)からなる負極活物質層本体(厚さ1000nm)を形成した。この際、スパッタリングは、真空度3.0×10−3Paの条件下にて、集電体を加熱することなく行なった。二次イオン質量分析により、負極活物質層のホウ素量は、1×10−18atom/cm3程度であることが示された。
有機溶媒であるエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との等体積混合液に、電解質塩であるLiPF6を添加して、電解液を調製した。この際、電解液におけるLiPF6の濃度が1モル/Lとなるように添加量を調整した。
別途準備したガラス製セパレータ(厚さ250μm×2枚)に、上記で調製した電解液を浸漬させて、電解質層を作製した。そして、上記で作製した負極と、別途準備した円形の金属リチウム箔からなる正極(厚さ200μm、直径16mm、ステンレスディスクに貼り付けたもの)とで、負極保護剤層が正極側を向くように、上記で作製した電解質層を挟持した。このようにして得られた積層体を、電池缶(SUS304製)の内部に配し、密封して、リチウムイオン二次電池を完成させた。
負極保護剤としてLiFePO4を用いたこと以外は、上述した実施例1−1と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
負極保護剤層を形成しなかったこと以外は、上述した実施例1−1と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
上記の実施例1−1〜1−2、並びに比較例1で作製したリチウムイオン二次電池について、充放電サイクル試験(1)を行なった。
負極活物質であるケイ素(Si)粉末(直径1μm)および負極保護剤であるLiCoO2粉末を20:1の重量比で混合し、大気雰囲気下で800℃にて焼成して、負極活物質混合粉末を得た。
負極活物質ペーストの調製にあたり、負極活物質混合粉末に代えて負極活物質であるケイ素(Si)粉末(直径1μm)のみを用いたこと以外は、上述した実施例2と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
上記の実施例2および比較例2で作製したリチウムイオン二次電池について、上記充放電サイクル試験(1)と同様の手法により、充放電サイクル試験(2)を行なった。その結果を下記の表2に示す。
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極活物質層、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極活物質層、
15a 負極活物質層本体、
15b 負極保護剤層、
16、36 単電池層、
17、37、57 電池要素、
18、38、58 正極タブ、
19、39、59 負極タブ、
20、40 正極端子リード、
21、41 負極端子リード、
22、42、52 ラミネートフィルム、
30 双極型リチウムイオン二次電池、
31 集電体、
31a 正極側最外層集電体、
31b 負極側最外層集電体、
34 双極型電極、
34a、34b 最外層に位置する電極、
43 シール部(絶縁層)、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
Claims (9)
- ケイ素を主成分とする負極活物質を含むリチウムイオン二次電池の負極に添加される負極保護剤であって、
LiCoO2 、LiMn2O4 およびLiFePO 4 からなる群から選択される1種または2種以上を含む、リチウムイオン二次電池用負極保護剤。 - 集電体と、
前記集電体の表面に配置された、ケイ素を主成分とする負極活物質と、請求項1に記載の負極保護剤とを含む負極活物質層と、
を有するリチウムイオン二次電池用負極。 - 前記負極活物質が、ケイ素に周期律表における13族または15族の元素からなる群から選択される1種または2種以上のドーピング元素がドープされてなるものである、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
- 前記ドーピング元素が、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、およびビスマスからなる群から選択される1種または2種以上の元素である、請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
- 前記負極保護剤が、前記負極活物質層の前記集電体と対向する側の表面に層状をなして存在する、請求項2〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
- 前記負極は、前記負極活物質が気相成膜プロセスにより集電体の表面に蒸着されることにより形成されたものである、請求項2〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
- 前記活物質層の積層方向の厚さが100nm〜100μmである、請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
- 前記負極活物質が、1nm〜100μmの平均粒子径を有する粒子状活物質であり、前記負極活物質層が、前記粒子状活物質、バインダおよび導電助剤を含む、請求項2〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
- 集電体の表面に正極活物質層が配置されてなる正極と、
電解質層と、
請求項2〜8のいずれか1項に記載の負極と、
がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む電池要素を有する、リチウムイオン二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008233638A JP5509560B2 (ja) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | リチウムイオン二次電池用負極保護剤およびこれを含むリチウムイオン二次電池用負極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008233638A JP5509560B2 (ja) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | リチウムイオン二次電池用負極保護剤およびこれを含むリチウムイオン二次電池用負極 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010067508A JP2010067508A (ja) | 2010-03-25 |
JP5509560B2 true JP5509560B2 (ja) | 2014-06-04 |
Family
ID=42192913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008233638A Expired - Fee Related JP5509560B2 (ja) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | リチウムイオン二次電池用負極保護剤およびこれを含むリチウムイオン二次電池用負極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5509560B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101490024B1 (ko) | 2013-05-24 | 2015-02-06 | 연세대학교 산학협력단 | 산화물 보호층을 갖는 고성능 리튬 이차전지용 음극재 |
CA2820468A1 (fr) * | 2013-06-21 | 2014-12-21 | Hydro-Quebec | Anode comprenant un alliage de lithium pour batteries a haute energie |
KR20150014889A (ko) * | 2013-07-30 | 2015-02-09 | 주식회사 엘지화학 | 비가역 첨가제가 포함되어 있는 이차전지용 음극 합제 |
JP2015170464A (ja) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | 旭化成株式会社 | 非水電解質二次電池 |
KR101786909B1 (ko) * | 2014-10-06 | 2017-10-18 | 주식회사 엘지화학 | 교번 배열된 전극 합제부와 비가역부를 포함하고 있는 전극 및 그것을 포함하는 이차전지 |
JP6688663B2 (ja) * | 2016-04-07 | 2020-04-28 | 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ | Li含有酸化珪素粉末及びその製造方法 |
EP3327828A1 (en) | 2016-11-25 | 2018-05-30 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Hybrid nanolaminate electrodes for lithium ion batteries |
JP6903602B2 (ja) | 2018-03-22 | 2021-07-14 | 株式会社東芝 | 電極、二次電池、電池パック、及び車両 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3227080B2 (ja) * | 1994-12-02 | 2001-11-12 | キヤノン株式会社 | リチウム二次電池 |
JP2003109590A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-11 | Mitsubishi Materials Corp | 負極材料及びこれを用いた負極、並びにこの負極を用いた非水電解液リチウム二次電池及びリチウムイオンポリマー二次電池 |
JP4529432B2 (ja) * | 2003-12-08 | 2010-08-25 | 日産自動車株式会社 | リチウムイオン電池用正極材料およびこれを用いた電池 |
JP4666155B2 (ja) * | 2005-11-18 | 2011-04-06 | ソニー株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
JP2007280836A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Sony Corp | 非水電解質二次電池用負極合剤及び非水電解質二次電池 |
JP2008016446A (ja) * | 2006-06-09 | 2008-01-24 | Canon Inc | 粉末材料、粉末材料を用いた電極構造体及び該電極構造体を有する蓄電デバイス、並びに粉末材料の製造方法 |
-
2008
- 2008-09-11 JP JP2008233638A patent/JP5509560B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010067508A (ja) | 2010-03-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5387011B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池 | |
US10964934B2 (en) | Laminate type battery and method for producing the same | |
US10270127B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP5374885B2 (ja) | リチウムイオン電池 | |
JP5509560B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用負極保護剤およびこれを含むリチウムイオン二次電池用負極 | |
JP5957947B2 (ja) | 双極型電極およびこれを用いた双極型リチウムイオン二次電池 | |
JP2010160984A (ja) | リチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池 | |
KR101753023B1 (ko) | 비수전해질 이차 전지 | |
US9847516B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP5672671B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池 | |
JP2004079481A (ja) | 積層型電池、組電池、電池モジュール並びに電気自動車 | |
JP2009093924A (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP2010160982A (ja) | リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 | |
JP6815902B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極およびそれを用いた電池 | |
JP2004031272A (ja) | 電極積層型電池 | |
JP5402116B2 (ja) | 双極型リチウムイオン二次電池用集電体 | |
JP5287069B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP5509561B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP5186909B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用集電体 | |
EP2983235B1 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2010287481A (ja) | リチウムイオン二次電池用電解質 | |
EP3866223B1 (en) | Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same | |
JP2017139068A (ja) | リチウムイオン二次電池用電解質 | |
JP5320854B2 (ja) | 非水電解質二次電池の製造方法 | |
JP2010212213A (ja) | 二次電池用電極 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110829 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130423 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130424 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130621 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130806 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131106 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20131115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140131 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140225 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140310 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5509560 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |