JP6281635B2 - 扁平型二次電池 - Google Patents
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Description
1≦LA/LB≦2 (1)
1≦aA/aB≦7 (2)
NMC複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(平均粒子径:10μm))を90重量%、導電助剤としてケッチェンブラックを5重量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を5重量%、およびスラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量混合して、正極活物質スラリーを調整し、得られた正極活物質スラリーを集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)に塗布し、120℃乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型して、正極活物質層18mg/cm2の正極板11を作製した。裏面にも同様に正極活物質層を形成し、正極集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極板11を作製した。なお、正極板11の主面の大きさは、長さ215mmとし、幅190mmとした。
負極活物質として、人造グラファイト96.5重量%、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩1.5重量%およびスチレンブタジエン共重合体ラテックス2.0重量%を精製水中に分散させて負極活物質スラリーを調整した。この負極活物質スラリーを負極集電体となる銅箔(厚さ10μm)に塗布し、120℃乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型して、負極活物質層10mg/cm2の負極板13を作製した。裏面にも同様に負極活物質層を形成し、負極集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる負極板13を作製した。なお、負極板13の主面の大きさは、長さ219mmとし、幅194mmとした。
上記で作製した正極と、上記で作製した負極とを、セパレータを介して交互に積層(正極20層、負極21層)することによって発電要素18を作製した。セパレータの大きさは、長さ223mmとし、幅198mmとした。
完成した二次電池1を、25℃に設定した恒温槽で、0.2C_CCCV充電(上限電圧4.15V 8時間)を行った後、0.2C_CC放電(下限電圧2.5Vcut)を行い、初回の充放電容量を確認した。また、体積(アルキメデス法)、厚み測定を実施した。
<耐久試験>
完成した二次電池1に対し、45℃に設定した恒温槽において、1C_CCCV充電(上限電圧4.15V、2時間)、1C_CC放電(下限電圧2.5Vcut)を1000cyc実施した。そして、充放電を1000cyc実施した後に、二次電池1の充放電容量を確認し、初回の充放電容量に対する容量維持率((初回の充放電容量)/(充放電を1000cyc実施した後の充放電容量)×100%)を演算することで、二次電池1を評価した。
上記のように作製した二次電池1を実施例1とする。
実施例2に係る二次電池1では、外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を223mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。それ以外の大きさ及び電極の層数は実施例1と同じである。
実施例3に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を260mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を210mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を235mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を200mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を225mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは284mmとし、y方向の長さ(幅)は210mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例4に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を260mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を208mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を235mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を198mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を225mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは284mmとし、y方向の長さ(幅)は208mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例5に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を250mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を210mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を225mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を200mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を221mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは274mmとし、y方向の長さ(幅)は210mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例6に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を250mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を210mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を225mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を200mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を217mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは274mmとし、y方向の長さ(幅)は210mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例7に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を255mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を210mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を230mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を200mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を221mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは279mmとし、y方向の長さ(幅)は210mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例8に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を253mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を210mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を228mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を200mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を219mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは277mmとし、y方向の長さ(幅)は210mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例9に係る二次電池1では、正極板11の主面の大きさは、長さ205mmとし、幅110mmとした。負極板13の主面の大きさは、長さ209mmとし、幅114mmとした。セパレータの大きさは、長さ213mmとし、幅118mmとした。外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を246mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を130mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を221mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を120mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を2211mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を114mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは270mmとし、y方向の長さ(幅)は130mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例10に係る二次電池1では、正極板11の主面の大きさは、長さ205mmとし、幅110mmとした。負極板13の主面の大きさは、長さ209mmとし、幅114mmとした。セパレータの大きさは、長さ213mmとし、幅118mmとした。外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を250mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を130mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を225mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を120mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を215mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を112mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは274mmとし、y方向の長さ(幅)は130mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
実施例11に係る二次電池1では、正極板11の主面の大きさは、長さ205mmとし、幅110mmとした。負極板13の主面の大きさは、長さ209mmとし、幅114mmとした。セパレータの大きさは、長さ213mmとし、幅118mmとした。外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を240mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を130mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を215mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を120mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を211mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を112mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは264mmとし、y方向の長さ(幅)は130mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
比較例1に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を250mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を210mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を225mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を200mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を217mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を196mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは274mmとし、y方向の長さ(幅)は210mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
比較例2に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を250mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を216mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を225mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を206mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を217mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を196mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは274mmとし、y方向の長さ(幅)は216mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
比較例3に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を264mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を208mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を239mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を198mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を229mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を194mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは288mmとし、y方向の長さ(幅)は208mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
比較例4に係る二次電池1では、外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を264mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を208mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を239mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を198mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を227mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を192mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは288mmとし、y方向の長さ(幅)は208mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
比較例5に係る二次電池1では、正極板11の主面の大きさは、長さ205mmとし、幅110mmとした。負極板13の主面の大きさは、長さ209mmとし、幅114mmとした。セパレータの大きさは、長さ213mmとし、幅118mmとした。外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を240mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を136mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を215mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を126mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を209mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を118mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは264mmとし、y方向の長さ(幅)は136mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
比較例6に係る二次電池1では、正極板11の主面の大きさは、長さ205mmとし、幅110mmとした。負極板13の主面の大きさは、長さ209mmとし、幅114mmとした。セパレータの大きさは、長さ213mmとし、幅118mmとした。外装部材16の大きさは、外寸のx方向の長さ(図4のx4)を254mmとし、外寸のy方向の長さ(図4のy4)を128mmとし、z方向の高さを4mmとした。また、発電要素18を封止する二次電池1の内部空間の大きさは、x方向長さ(図4のx3)を229mmとし、y方向の長さ(図4のy3)を118mmとした。外装部材16の上面部分の大きさは、x方向長さ(図4のx2)を217mmとし、y方向の長さ(図4のy2)を112mmとした。電極端子14、15を含めた二次電池1のx方向の長さは278mmとし、y方向の長さ(幅)は128mmとし、z方向の長さ(厚さ)は8mmとした。それ以外の大きさは実施例1と同じである。
11…正極板
12…負極板
13…セパレータ
16、17…外装部材
161、171…当接部
162、164、172、174…延在部
163、175…封止部
Claims (3)
- 扁平型リチウムイオン二次電池において、
複数の正極板及び負極板を、セパレータを介して積層した積層型発電要素と、
前記積層型発電要素及び電解液を封止しつつ、前記複数の正極板及び負極板の積層方向からみて長辺及び短辺の矩形の形状に形成された一対の外装部材とを備え、
前記一対の外装部材のうち少なくとも一方の外装部材は、
前記複数の電極のうち最上層に位置する最上層電極と当接する当接面を含む当接部と、
前記外装部材の外周の位置に前記外装部材同士で重なる封止部と、
前記当接部から前記封止部に延在する延在部とを有し、
前記正極板は、少なくともNMC複合酸化物及びポリフッ化ビニリデンを含み、
前記負極板は、少なくともグラファイト及びポリフッ化ビニリデンを混合した混合物、又は、グラファイト及びスチレンブタンジエン共重合体ラテックスを混合した混合物を含み、
前記電解液は、有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、又は、エチルメチルカーボネート(EMC)のエステル系溶媒を含み、
1.21≦LA/LB≦2を満たし、
LA/d≧LB/dを満たし、
bは4mm以上かつ10mm以下の範囲であり、
4≦b(mm)≦10の範囲内で、bに対するLA/dの値及びbに対するLB/dの値が、第1直線と第2直線との間にあり、
bが4mmの場合には、LA/d及び値LB/dが1.4以上で1.8以下の範囲内であり、
bが10mmの場合には、LA/d及びLB/dは2.3以上で3.2以下の範囲内であり、
4mm<b<10mmの場合には、LA/d及びLB/dは前記第1直線と前記第2直線との間にあり、
前記扁平型リチウムイオン二次電池は、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm2/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上であり、
前記扁平型リチウムイオン二次電池の1000サイクル使用時の容量維持率が、初期の容量維持率に対して80%以上であり、
前記電極の積層面の縦横比として定義される前記電極のアスペクト比が1〜3であることを特徴とする扁平型二次電池。
ただし、前記長辺と平行で、かつ、前記積層方向に沿った面により前記扁平型二次電池を切った第1断面において、LAは、前記長辺に対して平行な方向で両端に位置する一対の前記延在部の長さの平均であり、
前記短辺と平行で、かつ、前記積層方向に沿った面により前記扁平型二次電池を切った第2断面において、LBは、前記短辺に対して平行な方向で両端に位置する一対の前記延在部の長さの平均であり、
dは前記複数の電極のうち前記積層方向で前記封止部と同じ高さに位置する前記電極から前記最上層電極までの前記積層型発電要素の厚さであり、
bは前記複数の電極のうち前記積層方向で前記封止部と同じ高さに位置する電極から前記封止部までの長さ(mm)であり、
前記第1直線及び前記第2直線は、bに対するLA/dの特性及びbに対するLB/dの特性のいずれか一方の特性を示しており、
前記第1直線は、bを横軸としLA/dを縦軸とするb−LA/d座標系又はbを横軸としLB/dを縦軸とするb−LB/d座標系で、第1の点と第2の点を結ぶ直線であり、
前記第2直線は、前記b−LA/d座標系又は前記b−LB/d座標系で、第3の点と第4の点を結ぶ直線であり、
前記第1の点は、前記b−LA/d座標系上の位置座標で、(b、LA/d)=(4、1.4)となり、かつ、前記b−LB/d座標系上の位置座標で、(b、LB/d)=(4、1.4)となり、
前記第2の点は、前記b−LA/d座標系上の位置座標で、(b、LA/d)=(10、2.3)となり、かつ、前記b−LB/d座標系上の位置座標で、(b、LB/d)=(10、2.3)となり、
前記第3の点は、前記b−LA/d座標系上の位置座標で、(b、LA/d)=(4、1.8)となり、かつ、前記b−LB/d座標系上の位置座標で、(b、LB/d)=(4、1.8)となり、
前記第4の点は、前記b−LA/d座標系上の位置座標で、(b、LA/d)=(10、3.2)となり、かつ、前記b−LB/d座標系上の位置座標で、(b、LB/d)=(10、3.2)となる。 - 請求項1に記載の扁平型二次電池において、
前記延在部は、前記当接面と平行な平行面を含む平面部を有し、
1≦aA/aB≦7 を満たすことを特徴とする扁平型二次電池。
ただし、前記第1断面において、aAは前記長辺に対して平行な方向で両端に位置する一対の前記平面部の長さの平均であり、
前記第2断面において、aBは前記短辺に対して平行な方向で両端に位置する一対の前記平面部の長さの平均である。 - 請求項1又は2に記載の扁平型二次電池において、
前記延在部は、前記当接面と平行な平行面を含む平面部を有し、
aA/d≧aB/dを満たし、
4≦b≦10の範囲内で、bに対するaA/dの値及びbに対するaB/dの値が、第3直線と第4直線との間にあり、
bが4mmの場合には、前記外装部材より内側の余剰空間の形状の比を示す値(aA/d)及び値(aB/d)が0.18以上0.7以下の範囲内であり、
bが10mmの場合には、前記外装部材より内側の余剰空間の形状の比を示す値(aA/d)及び値(aB/d)が0.36以上1.46以下の範囲内であり、
4mm<b<10mmの場合には、aA/d及びaB/dは前記第3直線と前記第4直線の間にある
ことを特徴とする扁平型二次電池。
ただし、
dは前記複数の電極のうち前記積層方向で前記封止部と同じ高さに位置する前記電極から前記最上層電極までの前記積層型発電要素の厚さであり、
bは前記複数の電極のうち前記積層方向で前記封止部と同じ高さに位置する電極から前記封止部までの長さであり、
前記第3直線及び前記第4直線は、bに対するaA/dの特性及びbに対するaB/dの特性のいずれか一方の特性を示しており、
前記第3直線は、bを横軸としаA/dを縦軸とするb−аA/d座標系又はbを横軸としаB/dを縦軸とするb−аB/d座標系で、第5の点と第6の点を結ぶ直線であり、
前記第4直線は、前記b−аA/d座標系又は前記b−аB/d座標系で、第7の点と第8の点を結ぶ直線であり、
前記第5の点は、前記b−аA/d座標系上の位置座標で、(b、аA/d)=(4、0.18)となり、かつ、前記b−аB/d座標系上の位置座標で、(b、аB/d)=(4、0.18)となり、
前記第6の点は、前記b−аA/d座標系上の位置座標で、(b、аA/d)=(10、0.36)となり、かつ、前記b−аB/d座標系上の位置座標で、(b、аB/d)=(10、0.36)となり、
前記第7の点は、前記b−аA/d座標系上の位置座標で、(b、аA/d)=(4、0.7)となり、かつ、前記b−аB/d座標系上の位置座標で、(b、аB/d)=(4、0.7)となり、
前記第8の点は、前記b−аA/d座標系上の位置座標で、(b、аA/d)=(10、1.46)となり、かつ、前記b−аB/d座標系上の位置座標で、(b、аB/d)=(10、1.46)となる。
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