JP6135981B2 - 蓄電素子及び車載用蓄電池システム - Google Patents
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Description
図1〜図5を参照して、本発明の一実施の形態である蓄電素子の一例である非水電解質二次電池1を説明する。本実施の形態の非水電解質二次電池1は、横型であって、巻回式の発電要素を備えている。
まず、発電要素10について説明する。
条件i)長側面方向の吸上速度及び高さ方向の吸上速度が0.08mm/分以上である。
条件ii)容器2の高さL2に対する幅L1の比をAとし、セパレーター12の高さ方向の吸上速度に対する長側面方向の吸上速度の比をBとすると、B/Aが0.40以上2.40以下である。
条件iii)高さ方向の吸上速度に対する長側面方向の吸上速度の比が0.60以上である。
変形例における非水電解質二次電池は、基本的には上述した実施の形態1と同様であるが、発電要素10が巻回式ではなく、積層式である点において異なる。
容器2の幅L1/高さL2(=A)に対するセパレーターの長側面方向の吸上速度/高さ方向の吸上速度(=B)の比(B/A)が0.40以上2.40以下であることにより、載置面が容器2の本体部2aの底面2a1(図1参照)である場合には、長側面方向及び高さ方向の両方の吸上速度が非水電解質二次電池1の形状に応じて適切であるので、電解液3をセパレーター12の全体に供給しやすくなる。このため、部分的な液枯れの発生、及び電解液3の偏在を低減することができるので、電解液3が枯渇することを抑制することで充放電反応を促進できる。したがって、電気抵抗の増大を抑制できるので、非水電解質二次電池1の出力の低下を抑制することができる。
図6を参照して、実施の形態2における蓄電素子の一例である非水電解質二次電池30を説明する。実施の形態2の非水電解質二次電池30は、基本的には実施の形態1と同様であるが、縦型である点において異なる。
変形例における非水電解質二次電池は、基本的には上述した実施の形態2と同様であるが、発電要素10が巻回式ではなく、積層式である点において異なる。
図7に示すように、本実施の形態における車載用蓄電池システム100は、実施の形態1の蓄電素子としての非水電解質二次電池1及び/または実施の形態2の蓄電素子としての非水電解質二次電池30と、この非水電解質二次電池1の充放電の制御を行う制御部102とを備えている。具体的には、車載用蓄電池システム100は、複数の非水電解質二次電池1を複数有する蓄電池モジュール101と、非水電解質二次電池の充放電をハイレートで行い、その充放電の制御を行う制御部102とを備えている。
<正極>
正極活物質としてのLi1.1Ni0.33Co0.33Mn0.33O2と、導電助剤としてのアセチレンブラックと、バインダとしてのPVDFとが90:5:5の比率で混合され、この混合物に、溶剤としてのN−メチルピロリドン(NMP)が加えられて、正極合剤が形成された。この正極合剤は、正極集電箔11AとしてのAl箔の両面に塗布された。乾燥後、ロールプレスで圧縮成形された。これにより、正極集電箔11A上に正極合剤層11Bが形成された正極11が作製された。
負極活物質としてのハードカーボンと、バインダとしてのPVDFとが95:5の比率で混合され、この混合物に、溶剤としてのNMPが加えられて、負極合剤が形成された。この負極合剤は、負極集電箔13AとしてのCu箔の両面に塗布された。乾燥後、ロールプレスで圧縮成形された。これにより、負極集電箔13A上に負極合剤層13Bが形成された負極13が作製された。
実施例1のセパレーターは、以下のように作製された。具体的には、セパレーターの原料基材として、ポリプロピレンを主成分とした多孔質膜が準備された。この原料基材から、幅2.5cm、長さ8.0cmの大きさの試験片が切り出された。図8に示すように、試験片をクリップに挟み、電解液に含まれる有機液体である有機溶媒としてのエチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:1の混合溶媒が注入され、密閉容器内が有機溶媒の飽和蒸気圧で満たされ,密閉容器内の温度が常温にされ、試験片の先端が有機溶媒に浸漬され、所定時間毎に、試験片において有機溶媒の液面から有機溶媒が吸上られた高さが測定された。その結果を図9に示す。
図9に示す30〜90分の間の静置時間において、液面からの高さの変化率として、図9から近似曲線が求められることにより、有機溶媒の吸上速度が求められた。そして、原料基材において、長側面方向及び高さ方向が決定され、セパレーターが切り出された。これにより、実施例1のセパレーター12が作製された。
次に、図1〜図3に示すように、幅Wが高さTよりも大きくなるように、正極11と負極13とがセパレーター12を介して長円筒状に巻回された。これにより、発電要素10が作製された。
幅L1が167.0mmで、高さL2が129.0mmの大きさ(幅L1>高さL2)の容器2が準備された。
発電要素10の正極11及び負極13の各々に、集電部7が取り付けられた。この発電要素10が容器2の本体部2aの内部に配置された。次いで、集電部7が、蓋部2bの外部端子21にそれぞれ溶着され、蓋部2bは本体部2aに取り付けられた。
実施例2のリチウムイオン二次電池は、基本的には実施例1と同様であったが、セパレーター製造時の長手方向および幅方向の延伸倍率を低く設定した点において異なっていた。このため、下記の表1〜3に記載するように、セパレーターの厚み及び透気度、長側面方向及び高さ方向の吸上速度、A、及びB/Aが異なっていた。
実施例3のリチウムイオン二次電池は、基本的には実施例1と同様であったが、実施例3は樹脂基材層の上に無機層を塗布した点において異なっていた。このため、セパレーターの透気度、長側面方向の引張強度、高さ方向の引張強度、長側面方向及び高さ方向の吸上速度、A、及びB/Aが異なっていた。
実施例4のリチウムイオン二次電池は、基本的には実施例1と同様であったが、実施例4はセパレーター製造時の長手方向の延伸倍率を実施例1よりも高く設定した点において異なっていた。このため、セパレーターの透気度、長側面方向の引張強度、高さ方向の引張強度、長側面方向及び高さ方向の吸上速度、A、及びB/Aが異なっていた。
実施例5のリチウムイオン二次電池は、基本的には実施例1と同様であったが、実施例5は容器2が実施例1と比較してより横長の容器を使用した点において異なっていた。このため、容器2の高さに対する幅の比A、及びB/Aが異なっていた。
実施例1〜5のリチウムイオン二次電池について、サイクル開始前のDCR(直流抵抗)及び電流値60Aで1000サイクルのサイクルを実施したあとに各時間静置後のDCR(直流抵抗)を評価した。その結果を図10及び表3に示す。
Claims (6)
- 容器と、
前記容器に収容された発電要素と、
前記容器に収容され、かつ有機液体と、前記有機液体に溶解された電解質とを有する電解液とを備え、
前記発電要素は、正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置されたセパレーターとを含み、
前記セパレーターの少なくとも一部は、前記電解液と接触しており、
前記セパレーターにおいて、前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度及び前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度は、0.08mm/分以上であり、
前記有機液体の吸上速度は、浸漬後30〜90分の間の静置時間における吸上速度であり、
前記容器における高さに対する長側面の長さの比をAとし、前記セパレーターにおける前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度に対する前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度の比をBとすると、B/Aが0.40以上2.40以下である、蓄電素子。 - 容器と、
前記容器に収容された発電要素と、
前記容器に収容され、かつ有機液体と、前記有機液体に溶解された電解質とを有する電解液とを備え、
前記発電要素は、正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置されたセパレーターとを含み、
前記セパレーターの少なくとも一部は、前記電解液と接触しており、
前記セパレーターにおいて、前記容器の高さ方向の長さよりも前記容器の長側面方向の長さが大きく、
前記セパレーターにおいて、前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度及び前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度は、0.08mm/分以上であり、
前記有機液体の吸上速度は、浸漬後30〜90分の間の静置時間における吸上速度であり、
前記セパレーターにおいて、前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度に対する前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度の比が0.60以上である、蓄電素子。 - 前記容器の高さに対する長側面の長さの比をAとし、前記セパレーターにおける前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度に対する前記セパレーターにおける前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度の比をBとすると、B/Aが0.40以上2.40以下である、請求項2に記載の蓄電素子。
- 容器と、
前記容器に収容された発電要素と、
前記容器に収容され、かつ有機液体と、前記有機液体に溶解された電解質とを有する電解液とを備え、
前記発電要素は、正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置されたセパレーターとを含み、
前記セパレーターの少なくとも一部は、前記電解液と接触しており、
前記セパレーターにおいて、前記容器の長側面方向の長さよりも前記容器の高さ方向の長さが大きいまたは同じであって、
前記セパレーターにおいて、前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度及び前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度は、0.08mm/分以上であり、
前記有機液体の吸上速度は、浸漬後30〜90分の間の静置時間における吸上速度であり、
前記セパレーターにおいて、前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度に対する前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度の比が0.60以上である、蓄電素子。 - 前記容器における高さに対する長側面の長さの比をAとし、前記セパレーターにおける前記容器の高さ方向の前記有機液体の吸上速度に対する前記セパレーターにおける前記容器の長側面方向の前記有機液体の吸上速度の比をBとすると、B/Aが0.40以上2.40以下である、請求項4に記載の蓄電素子。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電素子と、
前記蓄電素子の充放電の制御を行う制御部とを備えた、車載用蓄電池システム。
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