JP5897271B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
図1は、扁平型非水電解質電池の断面図である。図2は、図1のA部の拡大断面図である。電池1は、外装袋2、偏平形状の捲回電極群3、及び、ガス発生部材10を備える。
第2実施形態の非水電解質二次電池を図4に示した。本実施形態の電池20は、外装缶21、偏平形状の捲回電極群22、正極リード23、負極リード24、蓋体25、正極端子26、負極端子27、ラプチャ28、及びガス発生部材29を備える。
第3実施形態の非水電解質二次電池を、図5〜図12を参照して説明する。
第1〜第3実施形態の電池に用いられる正極について説明する。
正極は、正極集電体及び正極活物質層を含む。正極活物質層は、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む。正極活物質層は、正極集電体の片面若しくは両面に形成される。
第1〜第3実施形態の電池に用いられる負極について説明する。
負極は、負極集電体及び負極活物質層を含む。負極活物質層は、負極活物質、導電剤及び結着剤を含む。負極活物質層は、負極集電体の片面若しくは両面に形成される。
第1〜第3実施形態の電池に用いられる非水電解質について説明する。
非水電解質として、液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、電解質を非水溶媒に溶解することにより調製できる。ゲル状非水電解質は、液状電解質と高分子材料を複合化することにより調製できる。
第1〜第3実施形態の電池に用いられるセパレータについて説明する。
セパレータとしては、多孔性の膜、織布、不織布、およびそれらの組合せを用いることができる。セパレータを形成する材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)が含まれる。ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質の膜は、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるためより好ましい。このような膜を用いることにより、電池の安全性を向上させることができる。
<正極の作製>
正極活物質として、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物(LiNi5Co2Mn3O2)粉末を80重量%、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)粉末を20重量%用いた。正極活物質を93重量%、アセチレンブラックを3.33重量%、グラファイトを1.67重量%、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を2重量%の割合で混合し、これにN−メチルピロリドン(NMP)を加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μm、平均結晶粒子径30μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスした。これにより、電極密度が3.15g/cm3である正極を作製した。
負極活物質として、Li吸蔵電位が1.55V(vs.Li/Li+)であり、スピネル構造を有するチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)を用いた。負極活物質を96重量%、導電材としてグラファイトを4重量%、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を2重量%の割合で混合し、これにN−メチルピロリドン(NMP)を加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μm、平均結晶粒子径30μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスした。これにより、電極密度が2.2g/cm3のある負極を作製した。
正極、厚さ12μmのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、負極、セパレータの順に積層した後、渦巻き状に捲回した。これを約90℃で加熱プレスすることにより、電極群を作製した。得られた電極群を、図4に示すタイプの角型金属缶に収納し、約80℃で24時間真空乾燥した。
ポリイミド製のフィルムを袋状に成形し、ガス発生剤封入容器を作製した。ガス発生剤として、二酸化炭素を吸収させたモノエタノールアミン(MEA)を用いた。封入容器に、ガス発生剤を10cc注入し、熱融着によりシールし、ガス発生部材を得た。
プロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率30:70)に、電解質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/L、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)を0.5mol/Lの濃度で溶解した。これにより液状非水電解質を得た。
電極群を収納した角型金属缶中の空隙は約50ccであった。角型金属缶に収納された電極群の上にガス発生部材を置き、電極群と蓋の間の空隙にガス発生部材を配置した。次いで、金属缶に液状非水電解質を注入した後、完全密閉した。これにより、非水電解質二次電池を作製した。
ガス発生剤として、二酸化炭素を吸収させたMEAを5cc用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
MEA 8ccと水 2ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
MEA 6.7ccと水 1.7ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
MEA 5ccと水 5ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
ガス発生剤として、二酸化炭素を吸収させた2−エチルアミノエタノール(DEA)を10cc用いた以外は実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
ガス発生剤として、二酸化炭素を吸収させたDEAを5cc用いた以外は実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
DEA 8ccと水 2ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
DEA 6.7ccと水 1.7ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
DEA 5ccと水 5ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
ガス発生剤として、二酸化炭素を吸収させた2−ジメチルアミノエタノール(DMAE)を10cc用いた以外は実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
ガス発生剤として、二酸化炭素を吸収させたDMAEを5cc用いた以外は実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
DMAE 8ccと水 2ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
DMAE 6.7ccと水 1.7ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
DMAE 5ccと水 5ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
MEA 5ccとDEA 5ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
MEA 5ccとDMAE 5ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
DEA 5ccとDMAE 5ccを混合した混合物に二酸化炭素を吸収させてガス発生剤として用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
ガス発生部材を用いなかった以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
実施例1〜18及び、比較例の電池を用いて過充電試験を行いった。過充電試験は、1Cレートでの定電流充電で行った。ラプチャが開放された温度と、電池の最高温度を測定した。なお、電池の温度は、金属缶の表面の中心の位置で、熱電対により測定した。その結果を表1に示す。
[付記]以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[項1] 外装部材と、正極及び負極を含む電極群と、非水電解質と、ガス発生剤及び該ガス発生剤を封入する封入容器を含み、100〜250℃の範囲でガスを放出するガス発生部材と、を備え、前記ガス発生剤が、ガスを吸収させたアルカノールアミン溶液を含むことを特徴とする、非水電解質二次電池。
[項2] 前記ガス発生部材は、前記外装部材と前記電極群との間の空隙に配置されることを特徴とする、項1に記載の非水電解質二次電池。
[項3] 前記アルカノールアミンが、モノエタノールアミン、2−エチルアミノエタノール、及び2−ジメチルアミノエタノールから選択される少なくとも一つであることを特徴とする、項2に記載の非水電解質二次電池。
[項4] 前記ガス発生部材が放出するガスが二酸化炭素であることを特徴とする、項2又は3に記載の非水電解質二次電池。
[項5] 前記正極が、リチウムニッケル含有酸化物を含むことを特徴とする、項2〜3の何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
Claims (5)
- 外装部材と、
正極及び負極を含む電極群と、
非水電解質と、
ガス発生剤及び該ガス発生剤を封入する封入容器を含み、100〜250℃の範囲でガスを放出するガス発生部材と、を備え、
前記ガス発生剤が、ガスを吸収させたアルカノールアミン溶液を含み、
前記封入容器が、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ、アクリル、ウレタン及びフェノールからなる群より選択され、且つ、前記ガス発生剤がガスを放出する温度より高い融点を有する樹脂により形成されることを特徴とする、非水電解質二次電池。 - 前記ガス発生部材は、前記外装部材と前記電極群との間の空隙に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記アルカノールアミンが、モノエタノールアミン、2−エチルアミノエタノール、及び2−ジメチルアミノエタノールから選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記ガス発生部材が放出するガスが二酸化炭素であることを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極が、リチウムニッケル含有酸化物を含むことを特徴とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
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