JP6100385B2 - 非水電解質電池用正極、非水電解質電池、電池パック及び車 - Google Patents
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Description
第4の実施形態によると、車が提供される。この車は、第3の実施形態に係る電池パックを備える。
第1の実施形態によると、非水電解質電池用電極が提供される。この電極は、集電体と、この集電体上に形成された電極層とを含む。電極層は、LiMn1-x-yFexAyPO4(式中、0<x≦0.3、0≦y≦0.1であり、Aは、Mg、Ca、Al、Ti、Zn及びZrからなる群より選択される少なくとも1種である)で表される活物質を含む。水銀圧入法により得られる電極層についての細孔径分布において最も頻度が高い細孔径が、10nm以上50nm以下の範囲内にある。電極層の細孔比表面積は、12m2/g以上30m2/g以下である。
ここで、Pは加える圧力、Dは細孔直径、γは水銀の表面張力(480dyne・cm−1)、θは水銀と細孔壁面の接触角で140°である。γ及びθは定数であるからWashburnの式より、加えた圧力Pと細孔径Dとの関係が求められ、そのときの水銀侵入容積を測定することにより、細孔径とその容積分布とを導くことができる。測定法及び原理等の詳細については、神保元二ら「微粒子ハンドブック」朝倉書店、(1991)、早川宗八郎編:「粉体物性測定法」朝倉書店(1978)などを参照されたい。
第2の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解電池は、負極と、正極と、非水電解質とを具備する。正極は、第1の実施形態に係る電極である。負極は、負極活物質を含む。
負極は、負極集電体及び負極層を含むことができる。負極活物質は、負極層に含まれ得る。負極層は、1種類以上の負極活物質を含むことができる。また、負極層は、導電剤及び結着剤を更に含むことができる。負極層は、負極集電体の片面又は両面に形成され得る。
非水電解質としては、例えば、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、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質の濃度は、0.5〜2.5 mol/lの範囲であることが好ましい。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される。
セパレータとしては、例えば、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)のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、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り、安全性向上の観点から好ましい。
外装部材としては、ラミネートフィルム製の袋状容器又は金属製容器が用いられる。
正極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が3.0V以上4.5V以下の範囲において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成されることが好ましい。アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
負極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が1.0V以上3.0V以下の範囲において電気的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成されることが好ましい。アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、Siのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
積層型電極群11は、2枚の樹脂フィルムの間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる容器12内に収納されている。積層型電極群11は、図5に示すように正極13と負極15とをその間にセパレータ14を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極13は複数枚存在し、それぞれが正極集電体13aと、正極集電体13aの両面に担持された正極層13bとを備える。負極15は複数枚存在し、それぞれが負極集電体15aと、負極集電体15aの両面に担持された負極層15bとを備える。各負極15の負極集電体15aは、一辺が負極15から突出している。突出した負極集電体15aは、帯状の負極端子16に電気的に接続されている。帯状の負極端子16の先端は、容器12から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極13の正極集電体13aは、負極集電体15aの突出辺と反対側に位置する辺が正極13から突出している。これも図示していないが、正極13から突出した正極集電体13aは、図4に示す帯状の正極端子17に電気的に接続されている。帯状の正極端子17の先端は、負極端子16とは反対側に位置し、容器12の辺から外部に引き出されている。
第3の実施形態によれば、電池パックが提供される。この電池パックは、第2の実施形態に係る非水電解質電池を含む。
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
実施例1では、以下の手順により、図1に示す電極5と同様の電極を作製した。
電極の作製条件を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2〜5及び比較例1〜4の評価用セルをそれぞれ作製した。
活物質を表1に示したものに変更し且つ電極の作製条件を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、実施例6〜13及び比較例5〜7の評価用セルをそれぞれ作製した。
先に説明したように作製した実施例1〜13及び比較例1〜7の評価用セルに対して、25℃環境において、0.1Cの充放電レートで、電圧範囲を2.0〜4.3Vとして、充放電試験を行った。
先に説明したように作製した実施例1〜13及び比較例1〜7の評価用セルから先に説明した手順で電極を取り出し、先に説明した手順で水銀圧入法により細孔径分布を測定した。細孔径分布の測定には、島津オートポア9520形を用いた。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
集電体と、
前記集電体上に形成された電極層であって、LiMn 1-x-y Fe x A y PO 4 (式中、0<x≦0.3、0≦y≦0.1であり、Aは、Mg、Ca、Al、Ti、Zn及びZrからなる群より選択される少なくとも1種である)で表される活物質を含み、水銀圧入法により得られる前記電極層についての細孔径分布において最も頻度が高い細孔径が10nm以上50nm以下の範囲内にあり、前記電極層の細孔比表面積が12m 2 /g以上30m 2 /g以下である電極層と、
を含む非水電解質電池用電極。
[2]
前記電極層の細孔体積が前記電極層1g当たり0.17mL以上0.29mL以下である[1]記載の非水電解質電池用電極。
[3]
前記電極層の密度が2g/cm 3 以上2.3g/cm 3 以下である[1]又は[2]記載の非水電解質電池用電極。
[4]
負極活物質を含む負極と、
正極と、
非水電解質と
を具備し、
前記正極が、[1]〜[3]の何れか1記載の電極である非水電解質電池。
[5]
前記負極活物質が、Li吸蔵放出電位が0.8V(vs. Li/Li + )以上である[4]に記載の非水電解質電池。
[6]
前記負極活物質が、スピネル構造を有するチタン酸リチウム及び単斜晶系β型チタン複合酸化物のうち少なくとも一方を含む[4]記載の非水電解質電池。
[7]
[4]〜[6]の何れか1記載の非水電解質電池を含む電池パック。
Claims (10)
- 集電体と、
前記集電体上に形成された正極層であって、LiMn1-x-yFexAyPO4(式中、0<x≦0.3、0≦y≦0.1であり、Aは、Mg、Ca、Al、Ti、Zn及びZrからなる群より選択される少なくとも1種である)で表される活物質を含み、水銀圧入法により得られる前記正極層についての細孔径分布において最も頻度が高い細孔径が10nm以上50nm以下の範囲内にあり、前記正極層の細孔比表面積が12m2/g以上30m2/g以下である正極層と、
を含む非水電解質電池用正極。 - 前記正極層の細孔体積が前記正極層1g当たり0.17mL以上0.29mL以下である請求項1記載の非水電解質電池用正極。
- 前記正極層の密度が2g/cm3以上2.3g/cm3以下である請求項1又は2記載の非水電解質電池用正極。
- 負極活物質を含む負極と、
正極と、
非水電解質と
を具備し、
前記正極が、請求項1〜3の何れか1項記載の正極である非水電解質電池。 - 前記負極活物質が、Li吸蔵放出電位が0.8V(vs. Li/Li+)以上である請求項4に記載の非水電解質電池。
- 前記負極活物質が、スピネル構造を有するチタン酸リチウム及び単斜晶系β型チタン複合酸化物のうち少なくとも一方を含む請求項4記載の非水電解質電池。
- 請求項4〜6の何れか1項記載の非水電解質電池を含む電池パック。
- 通電用の外部端子と、保護回路とを更に含む請求項7に記載の電池パック。
- 複数の前記非水電解質電池を具備し、前記複数の非水電解質電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項7又は8に記載の電池パック。
- 請求項7〜9の何れか1項に記載の電池パックを具備した車。
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