JP5618165B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
<実施例1>
本例では、無機フィラーとしてのアルミナ粉末(平均粒径(D50)0.1μm;純度99.99%)とバインダとしてのアクリル系ポリマーと増粘剤としてのカルボキシルメチルセルロースとを、それらの材料の質量比が固形分比で96:3:1となるように水中で分散し、無機フィラー層形成用塗料を調製した。この無機フィラー層形成用塗料を、ポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)の2層構造を有するセパレータの多孔質PE層の表面にグラビアロールにより塗布、乾燥することにより、無機フィラー層を形成した。本例では、表1に示すように、多孔質PP層の厚みを10μmとし、多孔度を45%とした。また、多孔質PE層の厚みを10μmとし、多孔度を55%とした。また、無機フィラー層の厚みを5μmとし、多孔度を60%とした。
本例では、無機フィラー層の厚みを10μmとしたこと以外は実施例1と同様にして無機フィラー層を形成した。
本例では、無機フィラー層に用いるアルミナ粉末の純度を99.8%としたこと以外は実施例1と同様にして無機フィラー層を形成した。
本例では、多孔質PP層の厚みを6μmとし、多孔質PE層の厚みを14μmとしたこと以外は実施例1と同様にして無機フィラー層を形成した。
本例では、多孔質PP層の厚みを14μmとし、多孔質PE層の厚みを6μmとしたこと以外は実施例1と同様にして無機フィラー層を形成した。
本例では、ポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)/ポリプロピレン(PP)の多孔質3層構造を有するセパレータを使用した。そして、セパレータの多孔質PP層の一方の表面に実施例1と同様にして無機フィラー層を形成した。各層の多孔度は実施例1と同様とした。各層の厚みは表1に示すとおりである。
本例では、無機フィラー層に代えて、多孔質アラミド層を形成した。多孔質アラミド層の形成は次のようにして行った。まず、無水塩化カルシウムをN−メチルピロリドン(NMP)中で加温して溶解し、常温に戻した後、パラフェニレンジアミンを添加して溶解した。次いで、テルフタル酸ジクロイド滴下し、重合反応によりポリパラフェニレンテレフタルアミドを合成した。得られた溶液を、塩化カルシウムをNMPに添加した溶液で希釈し、これをセパレータのPE層に塗布、乾燥して積層膜を得た。この積層膜を純水で十分に水洗し、塩化カルシウムを除去しつつアラミド層を多孔質化した後、乾燥した。該多孔質アラミド層の多孔度は40%とした。各層の厚みは表1に示すとおりである。
本例では、多孔質アラミド層の厚みを10μmとしたこと以外は比較例2と同様にして多孔質アラミド層を形成した。
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)粉末と導電材としてのアセチレンブラック(AB)とバインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、これらの材料の質量比が90:8:2となるようにN−メチルピロリドン(NMP)中で混合して、正極活物質層用ペーストを調製した。この正極活物質層用ペーストを長尺シート状のアルミニウム箔(正極集電体)の両面に帯状に塗布して乾燥することにより、正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートを作製した。正極活物質層用ペーストの塗布量は、両面合わせて約20mg/cm2(固形分基準)となるように調節した。
負極活物質としての黒鉛粉末とバインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と増粘剤としてのカルボキシルメチルセルロース(CMC)とを、これらの材料の質量比が98:1:1となるように水に分散させて負極活物質層用ペーストを調製した。この負極活物質層用ペーストを長尺シート状の銅箔(負極集電体)の両面に塗布し、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負極シートを作製した。負極活物質層形成用ペーストの塗布量は、両面合わせて約10mg/cm2(固形分基準)となるように調節した。
正極シート及び負極シートを2枚のセパレータを介して捲回することによって捲回電極体を作製した。その際、セパレータの多孔質PE層上に形成された多孔質無機フィラー層もしくは多孔質アラミド層が負極シートと対向するように(セパレータのPP層が正極シートと対向するように)配置して捲回した。なお、表1の配列では、正極側に近いものから、左側から順に示している。このようにして得られた捲回電極体を非水電解質(非水電解液)とともに電池容器(ここでは18650型の円筒型を使用した。)に収容し、電池容器の開口部を気密に封口した。非水電解液としてはエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを1:1:1の体積比で含む混合溶媒に支持塩としてのLiPF6を約1mol/リットルの濃度で含有させた非水電解液を使用した。このようにして試験用リチウム二次電池を組み立てた。なお、このリチウム二次電池の理論容量は4Ahである。このようにして、実施例1〜5及び比較例1〜3に係るリチウム二次電池を構築した。
以上のようにして作製した実施例1〜5及び比較例1〜3のリチウム二次電池に対し、異物内部短絡試験を実施した。まず、理論容量より予測した電池容量を5時間で供給し得る電流値(すなわち1/5C)で充電上限電圧(4.2V)まで充電を行い、さらに定電圧で初期の電流値の1/10になる点まで充電を行った。そして、充電後の電池をドライ雰囲気で分解し、電池容器から捲回電極体を取り出した。そして、捲回電極体の最外周の正負極対向の正極シートとセパレータとの間に、高さ0.2mm×幅0.1mmで各辺2mmのL字形のSUS小片を挿入した。このSUS小片を挿入した捲回電極体を、SUS小片挿入部分を加圧できるように加工された電池容器に戻し、この電池を60℃雰囲気で加熱した後、SUS小片挿入部分を外部から加圧することで、内部短絡させた。その際、電池容器の外表面に熱電対を貼り付けて、試験実施時の電池温度(最高到達温度)を測定した。
また、実施例1〜5及び比較例1〜3に係るリチウム二次電池のそれぞれに対し、40A(10Cに相当する。)で10秒間のハイレートパルス充放電を繰り返す充放電パターンを付与し、ハイレートパルスサイクル試験を行った。具体的には、室温(約25℃)環境下において、放電状態の電池を充電電圧3.7Vまで1/5Cで充電し、さらに定電圧で初期の電流値の1/10になるまで充電した。その充電後の電池に対し、40A(10C)で10秒間のハイレートパルス放電を行い、10秒間の休止後、40A(10C)で10秒間のハイレートパルス充電を行うハイレートパルスサイクルを10000回連続して繰り返した。そして、上記充放電サイクル試験前におけるIV抵抗(リチウム二次電池の初期抵抗)と、充放電サイクル試験後におけるIV抵抗とから抵抗増加比を算出した。ここで、充放電サイクルの前後におけるIV抵抗は、それぞれ、充電電圧3.7まで充電した後、25℃、40Aで放電を行ったときの放電10秒後の電圧降下から算出した。即ち、電圧降下を電流値40Aで除したものをIV抵抗とした。なお、上記IV抵抗増加比は、「充放電サイクル試験後のIV抵抗/充放電サイクル試験前のIV抵抗」により求められる。結果を表1に示す。
Claims (8)
- 正極及び負極と、該正極及び負極間に介在するセパレータとを備えた非水電解質二次電池であって、
前記セパレータは、
ポリエチレンを主体に構成された多孔質ポリエチレン層と、
該ポリエチレンよりも耐酸化性の高いポリマーを主体に構成された多孔質ポリマー層と、
の2層構造を有し、
前記ポリエチレン層の前記多孔質ポリマー層が形成されていない側の表面には、無機フィラー及びバインダを有する無機フィラー層が形成されており、
前記無機フィラー層は、
前記負極に対向する側に配置され、
前記無機フィラーは、融点が1000℃以上の金属酸化物であり、
前記無機フィラー層全体に占める、無機フィラーの割合が90質量%以上99質量%以下であり、バインダの割合が1質量%以上10質量%以下である、
非水電解質二次電池。 - 前記多孔質ポリマー層は、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル及びポリアミドイミドから成る群から選択された少なくとも一種のポリマーを有する、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記ポリエチレン層と前記多孔質ポリマー層との合計厚み100に対して、前記多孔質ポリマー層の厚みが30〜70である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記無機フィラーは、アルミナ、マグネシアおよびジルコニアからなる群から選択される少なくとも一種の金属酸化物である、請求項1〜3の何れか一つに記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極は、正極活物質として、ニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選択される少なくとも一種の金属元素を含むリチウム遷移金属複合酸化物を有する、請求項1〜4の何れか一つに記載の非水電解質二次電池。
- 前記リチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物である、請求項5に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極は長尺シート状の正極集電体上に正極合材層を有する正極シートであり、前記負極は長尺シート状の負極集電体上に負極合材層を有する負極シートであり、前記セパレータは長尺シート状のセパレータシートであり、
前記正極シートと前記負極シートとが前記セパレータシートを介して長手方向に捲回された捲回電極体を有する、請求項1〜6の何れか一つに記載の非水電解質二次電池。 - 請求項1〜7の何れか一つに記載の非水電解質二次電池であって、車両駆動電源用の非水電解質二次電池。
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