JP6015676B2 - セパレータ、非水電解質電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム - Google Patents
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Description
本技術は、本技術は、多孔性を有する基材層と、基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、表面層は、凹凸形状の凸部を形成するために凸部の主体となる第1の粒子と、第1の粒子より平均粒径が小さく、第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、第1の粒子間で露出する基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、フッ素を含む樹脂材料とを含み、第2の粒子の平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下であるセパレータである。
本技術は、セパレータとセパレータを介して対向する正極および負極とを含む電極体と、非水電解質とを備え、セパレータは、多孔性を有する基材層と、基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、表面層は、凹凸形状の凸部を形成するために凸部の主体となる第1の粒子と、第1の粒子より平均粒径が小さく、第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、第1の粒子間で露出する基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、フッ素を含む樹脂材料とを含み、第2の粒子の平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下である非水電解質電池である。
1.第1の実施の形態(セパレータの例)
2.第2の実施の形態(非水電解質電池の第1の例)
3.第3の実施の形態(非水電解質電池の第2の例)
4.第4の実施の形態(非水電解質電池の第3の例)
5.第5の実施の形態(非水電解質電池を用いた電池パックの例)
6.第6の実施の形態(非水電解質電池を用いた蓄電システム等の例)
7.他の実施の形態(変形例)
(セパレータの構造)
図1を参照しながら、本技術の第1の実施の形態によるセパレータの構成例について説明する。図1は、本技術の第1の実施の形態によるセパレータの構成例を示す断面図である。図1に示すように、本技術の第1の実施の形態によるセパレータは、基材2と、基材2の2つの主面のうちの少なくとも一の主面に形成された表面層3とを備える。なお、図1に示すセパレータの例は、基材2の2つの主面の両方に表面層3が形成されたセパレータの例であるが、セパレータは、表面層3が基材2の2つの主面のうちの一の主面に形成されたものであってもよい。セパレータは、電池内において正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止するものである。
基材2は、多孔性を有する多孔質層である。基材2は、より具体的には、例えば、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の膜から構成される多孔質膜である。例えば、セパレータが非水電解質電池等の電池に使用された場合には、基材2の空孔に電解液が保持される。基材2は、セパレータの主要部として所定の機械的強度を有する一方で、電解液に対する耐性が高く、反応性が低く、膨張しにくいという特性を要することが好ましい。
図2は、表面層の断面を模式的に示す拡大断面図である。図2に示すように、表面層3は、基材2上に形成され、凹部と凸部とを有する凹凸形状を有するものである。この表面層3は、多孔性を有する。より具体的には、例えば、表面層3は、セパレータとしてのイオン透過機能、電解液保持機能等を有するため、全体に微小な空隙が多数形成されている。このセパレータが、非水電解質電池などの電池に適用された場合には、表面層3の空孔(空隙)に電解液が保持される。また、このセパレータが、電池に適用された場合、表面層3の凸部は、表面層3に対向する電極(図示は省略)に当接し、電極とセパレータとの間には、凹部に対応する空間が形成される。具体的には、例えば、表面層3が基材2の両主面に形成されている場合、一の主面に形成された表面層3の凸部は、対向する負極(図示は省略)に当接し、負極とセパレータとの間には、凹部に対応する空間が形成される。また、他の主面に形成された表面層3の凸部は、対向する正極(図示は省略)に当接し、正極とセパレータとの間には、凹部に対応する空間が形成される。例えば、負極側に形成された凹部に対応する空間は、負極の膨張体積を吸収するために形成されたものであり、これにより、負極の膨張によって電極にかかる膨張圧力を低減することができ、電極の損傷および破断を防止することができる。正極側は、基材に耐酸化性や耐熱性を付与できれば必ずしも凹凸形状である必要はないが、図3Bで示すように正極側の凹凸形状も負極の膨張体積吸収に寄与するので、負極側に過度に大きな第1の粒子4aを用いることなく、より効果的に負極の膨張を吸収することが可能となる。
第1の粒子4aは、表面層3の凹凸形状の凸部を形成するための粒子である。表面層3では、第1の粒子4aが主体となって表面層3の凹凸形状の凸部を形成している。第1の粒子4aは、一次粒子であっても、一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。第1の粒子4aの表面の少なくとも一部は、第2の粒子4bによって被覆されている。すなわち、第1の粒子4aの表面は、第2の粒子4bによって完全に被覆されていてもよいし、第1の粒子4aの表面は、第2の粒子4bによって一部だけが被覆されており、第2の粒子4bによって被覆されていない露出面を有していてもよい。
第1の粒子4aが、スペーサとして機能しているとは、第1の粒子4aの粒子高さが表面層の厚さの測定(膜厚測定)に反映されることをいう。すなわち、第1の粒子4aの粒子高さが、表面層の厚さとほぼ等しくなることをいう。第1の粒子4aの粒子高さが、表面層の厚さとほぼ等しくなるとは、第1の粒子4aの粒子高さと表面層の厚さとの差が1μm以内である場合のことをいう。このような場合、例えば、第1の粒子4aは、電極捲回時にかかるワインダーテンション(捲き張力)引加時にも、電極とセパレータとの間に空間を形成するスペーサとして機能しているといえる。表面層3の厚さの測定に用いる膜厚計としては、例えば、ミツトヨ製の直径6mmの円形平面圧子、ハイドゲージで1.8kg/cm2の押圧条件で測定することができる。第1の粒子4aの粒子高さは、表面層3の厚さ方向において、凸部を形成している第1の粒子4aの最も低い位置と最も高い位置との差のことをいう。第1の粒子4aの粒子高さは、例えば、セパレータの断面をSEM観察した場合に、表面層3の厚さ方向において、第1の粒子4aの粒子像の最も低い位置を通る厚さ方向に垂直な線と、最も高い位置とを通る厚さ方向に垂直な線とを引き、これら二本の平行線の間の厚さ方向の長さを測定することにより求めることができる。なお、上述の平均粒径は、レーザー回折法で測定した値であり、この平均粒径は、粒子を投影した際の最大直径を表しており、第1の粒子4aの粒子形状によっては、平均粒径と粒子高さは必ずしも一致しない。
第1の粒子4aの平均粒径は、3.5μm以上であることが好ましい。すなわち、第2の粒子4bによる表面層3の塗膜均一性の確保には、第2の粒子4bによる表面層3は、1.5μm以上の厚さを確保していることが好ましく、凹凸形状の凹凸高低差は、2μm以上であることが好ましい。以上の好ましい数値範囲を満たすために、第1の粒子4aの粒径分布の平均粒径は、第2の粒子4bによる表面層3の厚さの好ましい範囲の下限値と、凹凸高低差の好ましい範囲の下限値との合計値である3.5μm以上であることが好ましい。第1の粒子4aは、平均粒径が大きいほど膨張吸収体積が増えるため良いが、大きすぎると当然電池内での体積が増えるため容量が低下する傾向にある。本技術では、第1の粒子4aの大きさに応じて表面層3の厚さを規定することもできるため、セル設計において、必要なセパレータの厚さ(または表面層3の厚さ)に対応した大きさの粒子を、第1の粒子4aとして選択してもよい。
第2の粒子4bは、第1の粒子4aより平均粒径が小さい粒子である。第2の粒子4bは、一次粒子であっても、一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。第2の粒子4bは、第1の粒子4aの表面の少なくとも一部を被覆すると共に、第1の粒子間で露出する基材2の表面の少なくとも一部を覆っている。この第2の粒子4bは、基材2に付与する耐熱性をより高める機能、基材2に付与する耐酸化性をより高める機能、第1の粒子4aの脱落を防止する機能、セパレータの機械的強度をより高める機能を有する。
第2の粒子4bの平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下であることが好ましい。第2の粒子4bは、0.1μm未満では塗料の粘度が高くなりすぎることで塗布が困難となる傾向にある。また、1.0μmを超えた場合、塗膜の均一性を確保することが難しく、基材2の露出の可能性が高くなり耐酸化性や耐短絡性等の特性が悪くなる傾向にある。
基材2の表面を覆う、第2の粒子4bによる表面層3の厚さは、1.5μm以上3.0μm以下であることが好ましい。第2の粒子4bによる表面層3の厚さが1.5μm未満であると、基材2の表面が露出し、基材2と電極とが接触してしまい、基材2に付与する耐酸化性を高める効果が低減する傾向にある。第2の粒子4bによる表面層3の厚さが3.0μmを超えると、耐酸化性の付与には過剰な厚みとなり、第1の粒子4aと形成する凹凸高低差が低くなることから電極膨張吸収効果が低減し好ましくない。なお、第2の粒子4bによる表面層3の厚さは、例えば、表面層3の一部をテープで剥がして、第2の粒子4bによる表面層3と、基材2の表面の露出部との段差を、レーザー顕微鏡(キーエンス社製、製品名:VK−9500)を用いて測定し、これを第2の粒子4bによる表面層3の厚さとする。
本技術のセパレータの電極膨張吸収効果について図3A〜図3Bを参照しながら説明する。図3Aは、膨張前の電極およびセパレータの構成例を示す模式図である。図3Bは、膨張後の電極およびセパレータの構成例を示す模式図である。図3A〜図3Bに示すように、基材2の両主面に表面層3が形成されたセパレータが、正極21および負極22の間に配置されている。図3Aに示すように、負極22の膨張前では、表面層3の凸部が電極に当接し、セパレータと電極との間に表面層3の凹部に対応した空間を形成している。具体的には、基材2の一の主面に形成された表面層3の凸部は、対向する負極22に当接し、負極22とセパレータとの間には、凹部に対応する空間が形成される。また、基材2の他の主面に形成された表面層3の凸部は、対向する正極21に当接し、正極21とセパレータとの間には、凹部に対応する空間が形成される。図3Bに示すように、充電に伴う負極22の膨張後には、表面層3の凸部に応力集中して基材2が負極22の膨張に追従できるように変形し、膨張した負極22によって、セパレータとの間に形成された空間が埋まる。セパレータと負極22との間の空間が、負極22の膨張体積を吸収して、膨張圧力による電極の損傷および破断を抑制することができる。
表面層3の凹凸形状の凸部の密度は、例えば、300個/mm2以上2800個/mm2以下であることが好ましい。凸部の密度が高すぎると、負極の膨張によって基材2が粒径の大きな粒子により圧縮される部分が大きくなり、サイクル特性、レート特性が低下する傾向にある。また、例えば、リチウムイオン電池における粒子状の合金系負極材料の一般的な大きさは3μm以上30μm以下であり、このような合金系負極材料の大きさより、凸部間の距離を広くするためには、凸部の密度は2800個/mm2以下であることが好ましい。凸部の密度は、2800個/mm2以下であれば、凸部間が30μm以上の凹部が存在する。凸部間が30μm以上の凹部によって合金系負極材料の膨張体積をより吸収することができる。
表面層3の凹凸形状の凹凸高低差は、例えば、2.0μm以上であることが好ましい。凹凸形状の凹凸高低差が、2.0μm未満であると、負極とセパレータとの間において、凹部に対応する合金系負極材料の膨張体積を吸収する空間が小さくなるため、負極の膨張体積を吸収する効果が低減する傾向にある。なお、合金系負極材料の膨張体積を吸収する効果をより高める点から、表面層3の凹凸形状の凹凸高低差が2.0μm以上であると共に、凸部の密度が300個/mm2以上2800個/mm2以下であることがより好ましい。
無機粒子としては、電気絶縁性の無機粒子である金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物等の粒子を挙げることができる。金属酸化物としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)、ベーマイト(水和アルミニウム酸化物)、酸化マグネシウム(マグネシア、MgO)、酸化チタン(チタニア、TiO2)、酸化ジルコニウム(ジルコニア、ZrO2)、酸化ケイ素(シリカ、SiO2)または酸化イットリウム(イットリア、Y2O3)等を好適に用いることができる。金属窒化物としては、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化硼素(BN)または窒化チタン(TiN)等を好適に用いることができる。金属炭化物としては、炭化ケイ素(SiC)または炭化ホウ素(B4C)等を好適に用いることができる。金属硫化物としては、硫酸バリウム(BaSO4)等を好適に用いることができる。また、ゼオライト(M2/nO・Al2O3・xSiO2・yH2O、Mは金属元素、x≧2、y≧0)等の多孔質アルミノケイ酸塩、層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム(BaTiO3)またはチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)等の鉱物を用いてもよい。中でも、アルミナ、チタニア(特にルチル型構造を有するもの)、シリカまたはマグネシアを用いることが好ましく、アルミナを用いることがより好ましい。無機粒子は耐酸化性および耐熱性を備えており、無機粒子を含有する正極対向側面の表面層3は、充電時の正極近傍における酸化環境に対しても強い耐性を有する。無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、板状、繊維状、キュービック状およびランダム形状等のいずれも用いることができる。
有機粒子を構成する材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体またはその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、全芳香族ポリアミド(アラミド)等のポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂またはポリエステル等の融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が180℃以上の高い耐熱性を有する樹脂等が挙げられる。これら材料は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、耐酸化性および柔軟性の観点からは、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂が好ましく、耐熱性の観点からは、アラミドまたはポリアミドイミドを含むことが好ましい。有機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、板状、繊維状、キュービック状およびランダム形状等のいずれも用いることができる。
表面層3を構成する樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体またはその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、全芳香族ポリアミド(アラミド)等のポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂またはポリエステル等の融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が180℃以上の高い耐熱性を有する樹脂等が挙げられる。これら樹脂材料は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、耐酸化性および柔軟性の観点からは、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂が好ましく、耐熱性の観点からは、アラミドまたはポリアミドイミドを含むことが好ましい。
以下、表面層3を設けたセパレータの製造方法について説明する。
負極側対向面に形成された表面層3は、充電に伴う膨張を生じる負極と接する状態となっている。そして、負極が膨張した際には、セパレータと負極との間の、凹凸形状の凹部に対応する空間が、負極22の膨張体積を吸収して、膨張圧力による電極の損傷および破断を抑制することができる。
電池の満充電電圧を例えば4.2V以下とする場合には、上述したようなポリエチレン基材の酸化分解が生じにくくなる。一方で、電池内部に導電性の金属コンタミが浸入した場合、内部短絡を誘発して安全性が低下するおそれがある。
上述のような高充電電圧、金属コンタミの問題を考慮する必要性が低い場合には、表面層3は、基材2の両面に設けられることが好ましい。基材2の両面において、それぞれ膨張吸収効果が得られるためである。
また、ゲル状の非水電解質であるゲル電解質層を用いた電池においては、ゲル電解質層に所定量の第1の粒子4aおよび第2の粒子4bを含有させて本技術の表面層を兼ねるようにしてもよい。ゲル電解質層は、非水電解液と、非水電解液を保持する高分子化合物とを含む。このため、非水電解液および高分子化合物とともに第1の粒子4aおよび第2の粒子4bを含む前駆体溶液を正極および負極、もしくはセパレータ表面に塗布し、乾燥する際に、表面を本技術のような凹凸形状としてゲル電解質層を形成することにより、正極および負極間に本技術と同様の表面層を形成することができる。
本技術の第2の実施の形態による非水電解質電池について説明する。本技術の第2の実施の形態による非水電解質電池は、本技術の第1の実施の形態によるセパレータを用いた非水電解質電池である。
図4を参照しながら、本技術の第2の実施の形態による非水電解質電池の構造について説明する。図4は、本技術の第2の実施の形態による非水電解質電池の一例を示す断面図である。非水電解質電池は、例えば充電および放電が可能な非水電解質二次電池である。この非水電解質電池は、いわゆる円筒型と呼ばれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、図示しない液体状の非水電解質(以下、非水電解液と適宜称する)とともに帯状の正極21と負極22とが本技術の第1の実施の形態と同様の構成を有するセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。
正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔により構成されている。
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。負極集電体22Aは、例えば、銅箔等の金属箔により構成されている。
セパレータ23は、第1の実施の形態と同様である。
非水電解液は、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む。
[正極の製造方法]
正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。
負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。
非水電解液は、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
正極集電体21Aに正極リード25を溶接等により取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接等により取り付ける。その後、正極21と負極22とを本技術のセパレータ23を介して巻回し巻回電極体20とする。
(非水電解質電池の構成)
本技術の第3の実施の形態による非水電解質電池について説明する。図6は、本技術の第3の実施の形態による非水電解質電池の構成を表す斜視図である。この非水電解質電池は、いわゆる角型電池といわれるものであり、巻回電極体40を角型の外装缶31内に収容したものである。
セパレータは、第1の実施の形態と同様の構成である。
非水電解液は、第2の実施の形態に記載されたものを用いることができる。また、第2の実施の形態で記載したような、非水電解液を高分子化合物に保持させたゲル電解質を用いてもよい。
この非水電解質電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
正極および負極は、第2の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
第2の実施の形態と同様にして、正極と負極と、本技術のセパレータと順に積層および巻回し、小判型に細長く巻回された巻回電極体40を作製する。続いて、巻回電極体40を例えばアルミニウム(Al)、鉄(Fe)等の金属よりなる角型缶である外装缶31内に収容する。
本技術の第4の実施の形態による非水電解質電池について説明する。第4の実施の形態は、第1の実施の形態によるセパレータを用いたラミネートフィルム型非水電解質電池である。
図7は、本技術の第4の実施の形態による非水電解質電池の構成を表す分解斜視図である。この非水電解質電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード51および負極リード52が取り付けられた巻回電極体50をフィルム状の外装部材60の内部に収容したものである。
正極53は、正極集電体53Aの片面あるいは両面に正極活物質層53Bが設けられた構造を有している。正極集電体53A、正極活物質層53Bの構成は、上述した第3の実施の形態の正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bと同様である。
負極54は、負極集電体54Aの片面あるいは両面に負極活物質層54Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層54Bと正極活物質層53Bとが対向するように配置されている。負極集電体54A、負極活物質層54Bの構成は、上述した第2の実施の形態の負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bと同様である。
セパレータ58は、第1の実施の形態と同様である。
ゲル電解質56は非水電解質であり、非水電解液と非水電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。なお、第4の実施の形態による非水電解質電池では、ゲル電解質56の代わりに第2の実施の形態と同様の非水電解液を用いてもよい。
この非水電解質電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
正極53および負極54は、第2の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
正極53および負極54のそれぞれの両面に、非水電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル電解質56を形成する。そののち、正極集電体53Aの端部に正極リード51を溶接により取り付けると共に、負極集電体54Aの端部に負極リード52を溶接により取り付ける。
本技術の第4の実施の形態では、巻回電極体50が外装部材60で外装された非水電解質電池について説明したが、図9A〜図9Cに示すように、巻回電極体50の代わりに積層電極体70を用いてもよい。図9Aは、積層電極体70を収容した非水電解質電池の外観図である。図9Bは、外装部材60に積層電極体70が収容される様子を示す分解斜視図である。図9Cは、図9Aに示す非水電解質電池の底面側からの外観を示す外観図である。
(電池パックの例)
図10は、本技術の第2〜第4の実施の形態による非水電解質電池(以下、二次電池と適宜称する)を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、組電池301、外装、充電制御スイッチ302aと、放電制御スイッチ303a、を備えるスイッチ部304、電流検出抵抗307、温度検出素子308、制御部310を備えている。
上述した本技術の第2〜第4の実施の形態による非水電解質電池およびこれを用いた第5の実施の形態による電池パックは、例えば電子機器や電動車両、蓄電装置等の機器に搭載又は電力を供給するために使用することができる。
本技術の非水電解質電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図11を参照して説明する。例えば住宅401用の蓄電システム400においては、火力発電402a、原子力発電402b、水力発電402c等の集中型電力系統402から電力網409、情報網412、スマートメータ407、パワーハブ408等を介し、電力が蓄電装置403に供給される。これと共に、家庭内発電装置404等の独立電源から電力が蓄電装置403に供給される。蓄電装置403に供給された電力が蓄電される。蓄電装置403を使用して、住宅401で使用する電力が給電される。住宅401に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図12を参照して説明する。図12に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
(セパレータの作製)
(樹脂溶液の調製)
まず、平均粒径0.5μmのアルミナと、平均粒径6.0μmのベーマイトと、ポリフッ化ビニリデンとを質量比で76:14:10となるように混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて樹脂溶液(塗料)を調製した。なお、平均粒径は、以下のように測定したD50である。すなわち、レーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所製、SALD7100)を用いて測定を行った。分散媒としてはN−メチル−2−ピロリドンを用い、分散剤としてポリフッ化ビニリデンを用いた。なお、D50は、レーザー回折式における粒度分布において、小さな粒子側から起算した体積累計50%の平均粒子直径(μm)を表している。
基材として厚さ12μmのポリエチレン(PE)多孔質膜を用いた。この基材の両面に、上記塗料を凸部の密度が700個/mm2になるように塗布量を調整して塗布し、水からなる凝固液に浸漬後、乾燥させることで多孔質の表面層を形成した。以上によりセパレータを作製した。
実施例1−1の表面をSEM(走査型電子顕微鏡;Scanning Electron Microscope)によって観察した。SEM観察は株式会社日立ハイテクノロジー製の電子顕微鏡S4800を用いて行った。SEM観察は、異なる3つの倍率(500倍、5000倍、10000倍)で行った。図13Aに倍率500倍で観察した表面層のSEM像を示す。図13Bに倍率5000倍で観察した表面層のSEM像を示す。図13Cに、倍率10000倍で観察した表面層のSEM像を示す。
平均粒径6.0μmのベーマイトの代わりに平均粒径9.5μmのベーマイトを使用した点以外は、実施例1−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、以下のようにして、円筒型電池を作製した。
正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)91質量%と、導電剤であるカーボンブラック6質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)3質量%とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を分散媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて正極合剤スラリーとした。この正極合剤スラリーを厚さ15μmの帯状アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、正極集電体の一部が露出するようにして塗布した。この後、塗布した正極合剤スラリーの分散媒を蒸発・乾燥させ、ロールプレスにて圧縮成型することにより、正極活物質層を形成した。最後に、正極端子を正極集電体露出部に取り付け、正極を形成した。
最初に、ガスアトマイズ法でケイ素系材料SiOx(コア部)を得たのち、その表面に粉体蒸着法でコア部よりも低結晶性のケイ素系材料SiOy(被覆部)を堆積させて負極活物質を得た。コア部では半値幅=0.6°、結晶子サイズ=90nm、平均粒径=4μmとし、被覆部では平均厚さ=500nm、平均被覆率=70%とした。
炭酸エチレン(EC)と炭酸ビニレン(VC)と炭酸ジエチル(DEC)とを、質量比30:10:60で混合した非水溶媒に対して、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/dm3の濃度で溶解させることにより、非水電解液を調製した。
正極および負極と、セパレータとを、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層し、長手方向に多数回巻回させた後、巻き終わり部分を粘着テープで固定することにより巻回電極体を形成した。このとき、セパレータの凹凸形状を有する表面層は負極に対向するように配置した。次に、正極端子を電池蓋と接合された安全弁に接合すると共に、負極リードを負極缶に接続した。巻回電極体を一対の絶縁板で挟んで電池缶の内部に収納した後、巻回電極体の中心にセンターピンを挿入した。
作製した円筒型電池を23℃雰囲気中、0.5Cの充電電流で電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧4.2Vにて定電圧充電を行い、充電電流が50mAとなった時点で充電を終了した。この後0.5Cの放電電流で電池電圧が2.5Vとなるまで定電流放電を行った。充電前と充電後のセパレータの断面をSEM観察した。SEM観察は株式会社日立ハイテクノロジー製の電子顕微鏡S4800を用いて行った。図14Aに充電前のセパレータの断面を示すSEM像を示し、図14Bに充電後のセパレータの断面を示すSEM像を示す。なお、図14Aおよび図14Bのそれぞれにおいて上方が負極側であり下方が正極側である。
(セパレータの作製)
(樹脂溶液の調製)
まず、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径9.5μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとを質量比で72:18:10となるように混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて樹脂溶液(塗料)を調製した。
基材として厚さ12μmのポリエチレン(PE)多孔質膜を用いた。この基材の両面に、上記塗料を凸部の密度が900個/mm2になるように塗布量を調整して塗布し、水からなる凝固液に浸漬後、乾燥させることで多孔質の表面層を形成した。
樹脂溶液の調製の際、平均粒径9.5μmのベーマイト粒子の代わりに、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子を用いた。以上の点以外は、実施例2−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして、円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子を使用せず、平均粒径9.5μmのベーマイト粒子の代わりに、平均粒径3.0μmのアルミナ粒子を使用した。平均粒径3.0μmのアルミナ粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比は、90:10とした。塗布量は、実施例2−1と同量とした。以上の点以外は、実施例2−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして、円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際、平均粒径9.5μmのベーマイトを使用せず、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比は、90:10とした。塗布量は、実施例2−1と同量とした。以上の点以外は、実施例2−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして、円筒型電池を作製した。
表面層を形成せず、基材(厚さ12μmのポリエチレン(PE)多孔質膜)を比較例2−3のセパレータとした。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして、円筒型電池を作製した。
実施例2−1〜実施例2−3および比較例2−1〜比較例2−3について、「表面粗さRaの測定」、「表面層の厚さの測定」、「第2の粒子による表面層の厚さの測定」、「表面層の空隙率の測定」を行った。
表面層の表面粗さRa(算術平均粗さ)は、レーザー顕微鏡(キーエンス社製、製品名:VK−9500)を用いて測定した。この際、測定した範囲は210μm×280μmとした。
表面層は凹凸形状を有し、均一な厚さを有していない。このため、表面層の厚さTは、直径6mmの円形平面圧子を用いてセパレータに1.8kg/cm2の荷重をかけた際の厚みから基材の厚み(12μm)を差し引き片面当たりの膜厚とした。さらに上記測定を10点繰り返して平均値を算出し、平均値を表面層の厚さとした。
表面層の凹凸高低差は、レーザー顕微鏡(キーエンス社製、製品名:VK−9500)を用いて測定した。この際、測定した範囲は210μm×280μmとした。なお、凹凸高低差にはバラツキがあるため10点の凹凸高低差を計測しその平均値を凹凸高低差とした。
作製したセパレータの表面層をテープで剥がし、作製した表面層の塗布部と未塗布部の段差をレーザー顕微鏡(キーエンス社製、製品名:VK−9500)を用いて測定した。基材と第2の粒子による表面層の段差を、第2の粒子による表面層の厚さとした。
表面層の空隙率は、次のようにして求めた。まず、セパレータを切り取り面積S[cm2]で切り取ってサンプルを形成し、そのサンプルの質量(W1[g])と表面層の厚さ(D[cm])とを測定した。この際、サンプルの質量の測定には、電子天秤(島津製作所製 、商品名:AUW220D)を用いた。次に、サンプルの質量(W1[g])から予め測定した基材の質量を差し引き、表面層の質量(W2[g])を算出した。なお、基材の質量測定には、上述のサンプルの質量測定と同様の装置を用いた。次に、表面層を構成するi種類(i=1,2・・・,n)の材料の質量(Wi[g]、i=1,2・・・,n)を組成から計算により割り出した。次に、それぞれの材料の質量(Wi[g])をそれぞれの真密度(di[g/cm3])で割り、それぞれの材料の体積を仮定して、次式より空隙率を算出した。
空隙率[%]=100−{(質量W1/真密度d1)+(質量W2/真密度d2)+・・・+(質量Wn/真密度dn)}/(切り取り面積S×厚みD)
作製した各実施例および各比較例の円筒型電池を、23℃雰囲気中、0.5Cの充電電流で電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧4.2Vにて定電圧充電を行い、充電電流が50mAとなった時点で充電を終了した。この後、円筒型電池を解体して、電極の切れの有無を目視で確認した。以上を各実施例および各比較例について、10サンプルずつ行い、以下の基準で箔切れ抑制効果を評価した。
10サンプルのうち、10サンプル箔切れが生じていなかった ◎
10サンプルのうち、1〜9サンプル箔切れが生じた ○
10サンプルのうち、10サンプル箔切れが生じた ×
(セパレータの作製)
(樹脂溶液の調製)
まず、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとを質量比で76:14:10となるように混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて樹脂溶液(塗料)を調製した。
基材として厚さ12μmのポリエチレン(PE)多孔質膜を用いた。この基材の両面に上記塗料をアルミナ粒子による表面層の厚さが2.0μmになるように塗布量を調整して塗布し、水からなる凝固液に浸漬後、乾燥させることで多孔質の表面層を形成した。なお、アルミナ粒子による表面層の厚さは、片面当たりの厚さである。
塗料をアルミナ粒子による表面層の厚さが1.5μmになるように塗布量を調整して、基材の両面に塗布した。以上の点以外は、実施例3−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
塗料をアルミナ粒子による表面層の厚さが1.0μmになるように塗布量を調整して、基材の両面に塗布した。以上の点以外は、実施例3−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
表面層を形成せず、基材(厚さ12μmのポリエチレン(PE)多孔質膜)を比較例3−1のセパレータとした。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子を使用せず、平均粒径6.0μmのベーマイトと、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、90:10とした。塗布量は、実施例3−1と同量とした。以上の点以外は、実施例3−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
実施例3−1〜実施例3−3および比較例3−1〜比較例3−2について、以下のように「表面層の厚さの測定」、「第2の粒子による表面層の厚さの測定」、「収縮率の測定」、「耐酸化性評価」および「耐剥がれ性の評価」を行った。
表面層の厚さは、上記と同様にして測定した。
第2の粒子による表面層の厚さは、上記と同様にして測定した。
各実施例および比較例のセパレータを、MD(Machine Direction)方向に60mm、TD(Transverse Direction)方向に60mmに切り取り、150℃のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接セパレータにあたらないよう、セパレータを2枚の紙にはさんで静置した。この後、セパレータをオーブンから取り出して冷却し、MD方向およびTD方向それぞれの長さ[mm]を測定した。以下の各式から、MD方向およびTD方向の熱収縮率を算出した。
MD熱収縮率(%)=(60−加熱後の微多孔膜のMD方向長さ)/60×100
TD熱収縮率(%)=(60−加熱後の微多孔膜のTD方向長さ)/60×100
セパレータの表面層を株式会社日立ハイテクノロジー製の走査型電子顕微鏡S4800を使用して電子顕微鏡観察を行って耐酸化性を評価した。具体的には、表面層について、所定範囲(250μm×100μm)のSEM観察をランダムに10箇所行い、以下の基準で耐酸化性を評価した。
基材表面が露出している部分を確認できなかった場合 ◎
1箇所以上基材表面が露出している部分を確認できた場合 ○
すべての箇所に基材表面が露出している部分を確認できた場合 ×
セパレータの表面層を株式会社日立ハイテクノロジー製の走査型電子顕微鏡S4800を使用して電子顕微鏡観察を行い、第1の粒子の剥がれが確認できないセパレータを○、第1の粒子の剥がれが確認できるセパレータを×として評価した。なお、比較例3−2については、図15に第1の粒子が剥がれた状態を観察したSEM像を示す。
(セパレータの作製)
(樹脂溶液の調製)
まず、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとを質量比で89:1:10となるように混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて樹脂溶液(塗料)を調製した。
基材として厚さ12μmのポリエチレン(PE)多孔質膜を用いた。この基材の片面に、上記塗料を凸部の密度が100個になるように塗布量を調整して塗布し、水からなる凝固液に浸漬後、乾燥させることで多孔質の表面層を形成した。
<実施例4−2>
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、85:5:10に変えた。塗料を凸部の密度が200[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、81:9:10に変えた。塗料を凸部の密度が300[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、76:14:10に変えた。塗料を凸部の密度が700[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、72:18:10に変えた。塗料を凸部の密度が900[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、45:45:10に変えた。塗料を凸部の密度が1300[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、27:63:10に変えた。塗料を凸部の密度が2800[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際に、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子に代えて、平均粒径9.5μmのベーマイト粒子を使用した。平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径9.5μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、85:5:10に変えた。上記塗料を凸部の密度が100[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と、平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、18:72:10に変えた。塗料を凸部の密度が4000[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
樹脂溶液の調製の際の、平均粒径0.5μmのアルミナ粒子と平均粒径6.0μmのベーマイト粒子と、ポリフッ化ビニリデンとの質量比を、9:81:10に変えた。塗料(樹脂溶液)を凸部の密度が5000[個/mm2]になるように塗布量を調整して、基材の片面に塗布した。以上の点以外は、実施例4−1と同様にしてセパレータを作製した。また、このセパレータを用いて、実施例1−2と同様にして円筒型電池を作製した。
実施例4−1〜実施例4−10について、以下のようにして、「第2の粒子による表面層の厚さの測定」、「スペーサ機能の評価」、「凸密度の測定」、「凸部間隔の評価」「箔切れの確認」を行った。
第2の粒子による表面層の厚さは、上記と同様にして測定した。
表面層の厚さは、上記と同様にして測定した。
第1の粒子が、スペーサとして機能しているとは、第1の粒子の粒子高さが表面層の厚さの測定(膜厚測定)に反映されることをいう。すなわち、第1の粒子の粒子高さが、表面層の厚さとほぼ等しくなることをいう。
レーザー顕微鏡(キーエンス社製、VK−9500)を用いて、表面の凹凸を測定した。測定した範囲は210μm×280μmで行い、測定した凹凸結果から凹部の個数を計測しmm2辺りの個数として計算した。ここでの凸部は、第1の粒子単独で形成されている必要は無く、複数の第1の粒子で形成していても一つの凸部として計算した。なお、実施例4−1〜実施例4−7および実施例4−9については、レーザー顕微鏡を用いた表面層の観察結果を図16A〜図16C(図16A〜図16Cをカラーで示した図16を本件出願の物件提出書で提出している)に示す。
レーザー顕微鏡(キーエンス社製、VK−9500)を用いて、表面の凹凸を測定した。この際、測定した範囲は210μm×280μmで行った。直径30μm以上の円の面積が存在する場合○、存在しない場合を×と評価した。
各実施例および各比較例の円筒型電池を、23℃雰囲気中、0.5Cの充電電流で電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧4.2Vにて定電圧充電を行い、充電電流が50mAとなった時点で充電を終了した。この後、円筒型電池を解体して、電極の切れの有無を目視で確認した。以上を各実施例について、10サンプルずつ行い、以下の基準で箔切れ抑制効果を評価した。
10サンプルのうち、10サンプル箔切れが生じていなかった ◎
10サンプルのうち、1〜9サンプル箔切れが生じた ○
10サンプルのうち、10サンプル箔切れが生じた ×
実施例4−3〜実施例4−7によれば、第1の粒子のスペーサ機能が発現しており、凹凸高低差も低くなく、凸部間隔も30μm以上と広いため、箔切れ抑制効果が良好であった。実施例4−9〜実施例4−10によれば、凸部の間隔が30μm未満となり、電極とセパレータとの間の凹部に対応する空間によって負極の膨張を吸収する効果が弱いため、箔切れ抑制効果が弱かった。
本技術は、上述した本技術の実施の形態に限定されるものでは無く、本技術の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等を用いてもよい。
[1]
多孔性を有する基材層と、
該基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、
上記表面層は、
上記凹凸形状の凸部を形成するために該凸部の主体となる第1の粒子と、
該第1の粒子より平均粒径が小さく、上記第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、上記第1の粒子間で露出する上記基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、
樹脂材料と
を含むセパレータ。
[2]
上記第1の粒子はスペーサとして機能し、上記第1の粒子の高さが上記表面層の厚さとほぼ等しくなる[1]の何れかに記載のセパレータ。
[3]
上記凹凸形状の高低差は、2μm以上である[1]〜[2]の何れかに記載のセパレータ。
[4]
上記第1の粒子の平均粒径は、3.5μm以上である[1]〜[3]の何れかに記載のセパレータ。
[5]
上記凸部の密度は、300個/mm2以上2800個/mm2以下である[1]〜[4]の何れかに記載のセパレータ。
[6]
上記第2の粒子により上記基材層の表面が覆われた層の厚さは、1.5μm以上3.0μm以下である[1]〜[5]の何れかに記載のセパレータ。
[7]
上記第2の粒子の平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下である[1]〜[6]の何れかに記載のセパレータ。
[8]
上記第1の粒子および上記第2の粒子は、電気絶縁性の粒子である[1]〜[7]の何れかに記載のセパレータ。
[9]
上記樹脂材料は、フッ素を含む樹脂である[1]〜[8]の何れかに記載のセパレータ。
[10]
上記基材層の表面を覆う上記第2の粒子により上記基材層に耐酸化性が付与された[1]〜[9]の何れかに記載のセパレータ。
[11]
上記基材層は、多孔性を有する樹脂膜である[1]〜[10]の何れかに記載のセパレータ。
[12]
セパレータと該セパレータを介して対向する正極および負極とを含む電極体と、
非水電解質と
を備え、
上記セパレータは、
多孔性を有する基材層と、
該基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、
上記表面層は、
上記凹凸形状の凸部を形成するために該凸部の主体となる第1の粒子と、
該第1の粒子より平均粒径が小さく、上記第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、上記第1の粒子間で露出する上記基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、
樹脂材料と
を含む非水電解質電池。
[13]
上記負極は、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素とする合金系負極材料を含む
[12]に記載の非水電解質電池。
[14]
上記合金系負極材料は、上記構成元素としてスズを含む
[13]に記載の非水電解質電池。
[15]
[12]に記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池を制御する制御部と、
上記非水電解質電池を内包する外装と
を有する電池パック。
[16]
[12]に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池から電力の供給を受ける電子機器。
[17]
[12]に記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記非水電解質電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
[18]
[12]に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
[19]
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記非水電解質電池の充放電制御を行う[18]に記載の蓄電装置。
[20]
[12]に記載の非水電解質電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
Claims (46)
- 多孔性を有する基材層と、
該基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、
上記表面層は、
上記凹凸形状の凸部を形成するために該凸部の主体となる第1の粒子と、
該第1の粒子より平均粒径が小さく、上記第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、上記第1の粒子間で露出する上記基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、
フッ素を含む樹脂材料と
を含み、
上記凹凸形状の高低差は、2μm以上であり、
上記第2の粒子の平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下であるセパレータ。 - 多孔性を有する基材層と、
該基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、
上記表面層は、
上記凹凸形状の凸部を形成するために該凸部の主体となる第1の粒子と、
該第1の粒子より平均粒径が小さく、上記第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、上記第1の粒子間で露出する上記基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、
フッ素を含む樹脂材料と
を含み、
上記第2の粒子の平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下であるセパレータ。 - 上記第1の粒子はスペーサとして機能し、上記第1の粒子の高さが上記表面層の厚さとほぼ等しくなる請求項1または2に記載のセパレータ。
- 上記第1の粒子の平均粒径は、3.5μm以上である請求項1から3のいずれかに記載のセパレータ。
- 上記凸部の密度は、300個/mm2以上2800個/mm2以下である請求項1から4のいずれかに記載のセパレータ。
- 上記第2の粒子により上記基材層の表面が覆われた層の厚さは、1.5μm以上3.0μm以下である請求項1から5のいずれかに記載のセパレータ。
- 上記第1の粒子および上記第2の粒子は、電気絶縁性の粒子である請求項1から6のいずれかに記載のセパレータ。
- 上記基材層の表面を覆う上記第2の粒子により上記基材層に耐酸化性が付与された請求項1から7のいずれかに記載のセパレータ。
- 上記基材層は、多孔性を有する樹脂膜である請求項1から8のいずれかに記載のセパレータ。
- セパレータと、該セパレータを介して対向する正極および負極と、非水電解質とを備える非水電解質電池であって、
上記セパレータは、
多孔性を有する基材層と、
該基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、
上記表面層は、
上記凹凸形状の凸部を形成するために該凸部の主体となる第1の粒子と、
該第1の粒子より平均粒径が小さく、上記第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、上記第1の粒子間で露出する上記基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、
フッ素を含む樹脂材料と
を含み、
上記凹凸形状の高低差は、2μm以上であり、
上記第2の粒子の平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下である非水電解質電池。 - セパレータと、該セパレータを介して対向する正極および負極と、非水電解質とを備える非水電解質電池であって、
上記セパレータは、
多孔性を有する基材層と、
該基材層の少なくとも一主面に設けられ、凹凸形状を有する表面層とを備え、
上記表面層は、
上記凹凸形状の凸部を形成するために該凸部の主体となる第1の粒子と、
該第1の粒子より平均粒径が小さく、上記第1の粒子の少なくとも一部の表面を被覆すると共に、上記第1の粒子間で露出する上記基材層の少なくとも一部の表面を覆う第2の粒子と、
フッ素を含む樹脂材料と
を含み、
上記第2の粒子の平均粒径は、0.1μm以上1.0μm以下である非水電解質電池。 - 上記第1の粒子はスペーサとして機能し、上記第1の粒子の高さが上記表面層の厚さとほぼ等しくなる請求項10または11に記載の非水電解質電池。
- 上記第1の粒子の平均粒径は、3.5μm以上である請求項10から12のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記凸部の密度は、300個/mm 2 以上2800個/mm 2 以下である請求項10から13のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記第2の粒子により上記基材層の表面が覆われた層の厚さは、1.5μm以上3.0μm以下である請求項10から14のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記第1の粒子および上記第2の粒子は、電気絶縁性の粒子である請求項10から15のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記第1の粒子および上記第2の粒子の少なくとも一方は、無機粒子である請求項10から16のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記第1の粒子および上記第2の粒子の少なくとも一方は、有機粒子である請求項10から16のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記第1の粒子はベーマイトである請求項10から16のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記第2の粒子はアルミナである請求項10から16のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記基材層の表面を覆う上記第2の粒子により上記基材層に耐酸化性が付与された請求項10から20のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記基材層は、多孔性を有する樹脂膜である請求項10から21のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記基材層の厚さは、5μm以上20μm以下である請求項10から22のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記基材層の空孔率は、25%以上70%以下である請求項10から23のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記基材層は不織布である請求項10から23のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記基材層の空孔率は、50%以上90%以下である請求項25に記載の非水電解質電池。
- 上記表面層の表面粗さRa(算術平均粗さ)は、0.60以上0.70以下である請求項10から26のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記セパレータのMD方向の収縮率は、24%以上38%以下である請求項10から27のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記セパレータのTD方向の収縮率は、21%以上32%以下である請求項10から28のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記表面層は、上記セパレータの少なくとも上記負極対向側面に設けられている請求項10から29のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記表面層は、上記セパレータの少なくとも上記正極対向側面に設けられている請求項10から29のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記非水電解質電池の満充電電圧が4.25V以上である請求項10から31のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記非水電解質はゲル電解質であり、
上記第1の粒子および上記第2の粒子は上記ゲル電解質に含有されており、
上記ゲル電解質が上記表面層を兼ねている請求項10から32のいずれかに記載の非水電解質電池。 - 上記非水電解質は、非水電解液と、該非水電解液を保持する高分子化合物とを含む請求項10から32のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記負極は、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素とする合金系負極材料を含む請求項10から34のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記合金系負極材料は、上記構成元素としてケイ素またはスズを含む請求項35に記載の非水電解質電池。
- 上記合金系負極材料は、さらに炭素または酸素を含む請求項35または36に記載の非水電解質電池。
- 上記負極は、負極活物質のコア部を被覆するケイ素系材料(SiO y )を含む請求項10から34のいずれかに記載の非水電解質電池。
- 上記コア部は、ケイ素系材料(SiO x )を含む請求項38に記載の非水電解質電池。
- 上記負極活物質と結着剤を含む負極合剤は、該結着剤の前駆体としてポリアミック酸溶液を含む請求項38または39に記載の非水電解質電池。
- 請求項10から40のいずれかに記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池を制御する制御部と、
上記非水電解質電池を内包する外装と
を有する電池パック。 - 請求項10から40のいずれかに記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池から電力の供給を受ける電子機器。 - 請求項10から40のいずれかに記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記非水電解質電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。 - 請求項10から40のいずれかに記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。 - 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記非水電解質電池の充放電制御を行う請求項44に記載の蓄電装置。 - 請求項10から40のいずれかに記載の非水電解質電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
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