JP6091843B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
具体的には、特許文献2は、積層型電極体が、セパレータに含浸される非水電解質以外の余剰非水電解質を貯蔵可能な電解液貯蔵層を備える技術を提案している。特許文献2の技術によれば、電解質成分である電解液中のアニオンとリチウムイオンを使って充放電プロセスを行わせるリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池において、電解液貯蔵層から電極に非水電解質が供給されるため、電解質成分不足による性能劣化を長期にわたって確実に回避させることができる。
無機粒子層に構成する無機粒子としては、耐熱性が高く絶縁性の粒子を用いることができ、例えばアルミナ粒子、チタニア粒子、シリカ粒子、酸化カルシウム粒子などを用いることができる。
無機粒子層に用いられる結着剤としては、ポリビニルアルコール、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレンなどを用いることができる。
熱収縮率=[(加熱保存前のセパレータの長さ−加熱保存後のセパレータの長さ)/加熱保存前のセパレータの長さ]×100
図1〜3に、本発明の非水電解質二次電池に含まれる積層型電極体の一例を示す。図1は、積層型電極体の一例を示す斜視図である。なお、図1は、積層ずれ防止テープが貼り付けられた積層型電極体を示している。図2は、多孔質シートを巻きつけた状態の図1の積層型電極体を示している。図3は、図2の多孔質シートを巻きつけた積層型電極体の線分III−IIIでの縦断面図である。
正極活物質としては、Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2を用いる。前記正極活物質94質量部と、導電剤としての炭素粉末3質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合する。得られた混合物を、N−メチル−2−ピロリドンと混合して、正極スラリーを調製する。
負極活物質として黒鉛を用いる。負極活物質を96質量部と、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴムを2質量部と、増粘剤としてのカルボシキメチルセルロースを2質量部と、水とを混合して、負極スラリーを調製する。
エチレンカーボネートと、ジエチルカーボネートとを、体積比で30:70(25℃、1気圧)で混合して混合溶媒を得、この混合溶媒にLiPF6を1.4mol/Lの濃度で溶解する。得られた溶液に、ビニレンカーボネートを混合溶媒の総質量に対して1質量%添加し、フルオロエチレンカーボネートを混合溶媒の総質量に対して5質量%添加して、非水電解質を調製する。
上記のようにして作製した正極11と負極12とを、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ13(幅155mm×長さ155mm、厚さ20μm)を介して、交互に積層する。このとき、積層型電極体の積層方向に垂直な両面には、それぞれ負極12が配置されるように積層する。さらに、負極12の上に、セパレータ13をさらに積層し、最外層とする。こうして、略直方体の積層型電極体10を得る。
電極体の各正極タブ部11b及び各負極タブ部12bを、それぞれ正極集電端子(アルミニウム板)及び負極集電端子(銅板)を超音波溶接にて溶接する。次に、この電極体を、アルミラミネートフィルムからなる外装体に挿入し、外装体の正極集電端子及び負極集電端子が外部に出ている辺を含む3辺を熱溶着する。
図4に、本発明の非水電解質二次電池に含まれる積層型電極体のさらに別の例を示す。図4は積層型電極体に多孔質シートを巻きつけた状態を示している。なお、図4において、図3と同じ構成要素には同じ番号を付している。
図5に、本発明の非水電解質二次電池に含まれる積層型電極体のさらに別の例を示す。図5も積層型電極体に多孔質シートを巻きつけた状態を示している。また、図5において、図4と同じ構成要素には同じ番号を付している。
上記実施の形態1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。本実施例では、正極を20枚用い、負極を21枚用いた。積層型電極体の作製時、その積層方向に垂直な両端に負極が配置されるように、正極と負極とを積層した。さらに、前記積層方向に垂直な両端に位置する負極の外側に前記セパレータをそれぞれ配置し、最外層とした。作製した電池の設計容量は、25000mAhとした。
多孔質シートとして、ポリエチレン微多孔膜基材層(厚さ15μm)と、その片面に形成された無機粒子層(厚さ5μm)とからなる2層シートを用い、この2層シートを、無機粒子層が電極体と対向するように、電極体に巻きつけたこと以外、実施例1と同様にして、実施例2の非水電解質二次電池を作製した。なお、用いた多孔質シート(2層シート)の空孔率は50%であった。
平均粒子径1μmのアルミナ粒子と、結着剤としてのポリビニルアルコールと、水とを混合し、スラリーを調製した。ここで、アルミナ粒子と、ポリビニルアルコールとの質量比は、75:25とした。
図4に示されるように、積層型電極体の積層方向の両最外層にセパレータを配置せず、両最外層をそれぞれ負極とし、電極体の4つの各端面及びそれに続く最外層の負極部分に、それぞれ帯状の積層ずれ防止テープを貼り付けたこと以外、実施例1と同様にして、実施例3の非水電解質二次電池を作製した。
図5に示されるように、積層ずれ防止テープを用いなかったこと以外、実施例3と同様にして、実施例4の非水電解質二次電池を作製した。
多孔質シートとして、熱収縮率が7%のポリエチレン微多孔膜(厚さ20μm)を用いたこと以外、実施例1と同様にして、比較例1の非水電解質二次電池を作製した。本比較例で用いたポリエチレン微多孔膜の空孔率は55%であった。
積層型電極体に多孔質シートを巻きつけなかったこと以外、実施例1と同様にして、比較例2の非水電解質二次電池を作製した。
(サイクル試験)
実施例1〜4及び比較例1〜2の各電池を、30℃の温度条件下で、1It(25000mA)の定電流で、電池電圧が4.2Vになるまで充電し、次いで4.2Vの定電圧で電流値が1/50Cになるまで充電した。次に、充電後の各電池を、1Itの電流値で電池電圧が3.0Vになるまで放電して、放電容量を求めた。これを1サイクル目の放電容量とした。
上記実施例では、積層型電極体に1枚の帯状多孔質シートを巻きつけている。さらにもう一枚の別の帯状多孔質シートを用い、積層方向に垂直な両側面と、正極タブ及び負極タブが延出した端面を含む対向する2つの端面が別の帯状多孔質シートに面するように巻きつけてもよい。つまり、2枚の帯状多孔質シートを用いて、略直方体の積層型電極体の全面を覆うように巻きつけてもよい。この場合、前記もう一枚の帯状多孔質シートには、正極タブ部及び負極タブ部を通すための開口部が設けられる。
10a、10b 積層型電極体の積層方向に垂直な両側面
11 正極
11a 正極活物質層塗布部
11b 正極タブ部
12 負極
12a 負極活物質層塗布部
12b 負極タブ部
13 セパレータ
14 積層ずれ防止テープ
15 多孔質シート
16 多孔質シート固定用テープ
Claims (5)
- 正極とセパレータと負極とが積層された積層型電極体と、前記積層型電極体を収容する外装体と、を備える非水電解質二次電池において、
前記積層型電極体の外周には、ポリオレフィンからなる基材層を備える多孔質シートが、1周以上巻きつけられ、かつ前記積層型電極体の積層方向に垂直な両側面は、前記多孔質シートに面しており、
110℃で1時間加熱したときの前記多孔質シートの巻きつけ方向における熱収縮率が、5%以下であり、
前記多孔質シートが、前記ポリオレフィンからなる基材層と、前記基材層の片面に形成された無機粒子を含有する層と、を有し、
前記多孔質シートの前記無機粒子を有する層は前記積層型電極体に対向していることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
前記熱収縮率が、3%以下である、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1又は2のいずれかに記載の非水電解質二次電池において、
前記積層型電極体に、積層ずれを防止するための積層ずれ防止テープが貼り付けられている、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質二次電池において、
前記外装体が、アルミラミネートフィルムからなる、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項4に記載の非水電解質二次電池において、
前記外装体が、減圧状態で封口されている、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。
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