JP5652806B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明のリチウムイオン二次電池の代表的な一実施形態である、扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に非双極型リチウムイオン二次電池、または非双極型二次電池ともいう)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。
集電体は、ニッケル、銅、ステンレス(SUS)などの導電性の材料を用いた箔、メッシュ、エキスパンドグリッド(エキスパンドメタル)、パンチドメタルなどから構成される。メッシュの目開き、線径、メッシュ数などは、特に制限されず、従来公知のものが使用できる。集電体の一般的な厚さは、5〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
集電体上には、活物質層が形成される。活物質層は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。電極が正極として用いられる場合、活物質層は正極活物質を含む。一方、電極が負極として用いられる場合、活物質層は負極活物質を含む。なお、本実施形態の電池の電極は活物質層に上記一般式(1)で表される繰り返し単位を含むバインダを含むが、これについては後述する。
バインダは活物質層に含まれ、本実施形態では前記一般式(1)で表されるバインダを使用することが特徴である。前記一般式(1)で表されるもののうち、特に好ましいものは、汎用性や入手のし易さの点で、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。
電解質層を構成する電解質としては、電解液を含む多孔性フィルムセパレータまたはゲル電解質が用いられうる。電解液は、後述する添加剤を含み、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態である。有機溶媒は、上述のように支持塩を十分に溶解させ得るものであれば、いずれも使用できる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の可塑剤(有機溶媒)を用いたものなどが使用できる。これら有機溶媒は、単独で用いても2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池では、電解液に添加剤として置換基の少なくとも一つにフッ素を有する環状炭化水素化合物を加える。本実施形態に用いることのできる置換基の少なくとも一つにフッ素を有する環状炭化水素化合物としては、特に制限はないが、以下の化合物を好ましく用いることができる。
絶縁層(シール部)は、双極型リチウムイオン二次電池において、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ために単電池層の周辺部に配置されている。絶縁層としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。
タブ(正極タブおよび負極タブ)の材質は、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、これらの合金などを用いることができる。これらは特に制限されず、タブとして従来用いられている公知の材質が用いられうる。
[電池外装材]
電池外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができほか、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた発電要素を覆うことができる袋状のケースを用いることができる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。
本発明はまた、前記の電池、または組電池を搭載した車両を提供する。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法は特に制限されず、従来公知の知見を適宜参照することにより製造されうる。以下、本実施形態の電池の製造方法を簡単に説明する。
該活物質スラリーを集電体上に塗布し、乾燥させた後プレスすることで作製されうる。
タなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。ただし、塗布手段として、インク
ジェット方式、ドクターブレード方式、またはこれらの組み合わせを用いると、薄い層が
形成されうる。
本発明のリチウムイオン二次電池の電解液に用いる添加剤である、置換基の少なくとも一つにフッ素を有する環状炭化水素化合物の添加の効果を確認するために、図7に示す以下の実験を行った。まず、PVDFをN−メチル−2−ピロリドン中に、濃度10w%となるように溶解した。この溶液をガラス基板上にスピンコートを用いて薄く均一に塗布した。この塗布膜を乾燥させ、ガラス基板から剥離し、初期の厚みを測定した。サンプルは6枚作製し、膜厚はいずれもほぼ150μmであった。一方で、恒温槽中に、ジメチルカーボネート(DMC)のみおよびDMCとパーフルオロデカリンとを4:1の体積比で混合した電解液をそれぞれ容器に入れて用意した。恒温槽は、大気圧下25℃または40℃とした。25℃においては、恒温槽を真空にした状態も準備した。その後、得られたPVDF膜を恒温槽中の溶媒にそれぞれ浸漬した。15分後に、PVDF膜をそれぞれの溶媒から引上げ、厚みを測定した。
電解液中の添加剤濃度を変えて、以下のようにリチウムイオン二次電池の試験用セルを作製し、各電池の電子抵抗および拡散抵抗を測定して、添加剤濃度の影響を評価した。
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、
14a 最外層負極集電体、
15、33 負極活物質層、
16、36 単電池層、
17、37 発電要素、
18、38 正極タブ、
19、39 負極タブ、
20 正極端子リード、
21 負極端子リード、
22、42 電池外装材、
30 双極型リチウムイオン二次電池、
31、31a、31b 集電体、
34 双極型電極
34a 正極側電極
34b 負極側電極
38a、39b 集電板
50 リチウムイオン電池、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
Claims (5)
- 正極活物質を含む正極活物質層が集電体の表面に形成されてなる正極と、電解質層と、負極活物質を含む負極活物質層が集電体の表面に形成されてなる負極と、がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、ポリフッ化ビニリデンまたはポリテトラフルオロエチレンであるバインダを含み、
前記電解質層がパーフルオロデカリン、および、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートを含む電解液を含み、
前記電解液中の前記パーフルオロデカリンの濃度が20〜80vol%であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 前記濃度が40〜60vol%である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記濃度が45〜55vol%である請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記バインダが化学架橋している請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記バインダがポリフッ化ビニリデンであり、前記電解液がジメチルカーボネートである請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
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