JP6479943B2 - Nonaqueous electrolyte battery and battery pack - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、非水電解質電池及び電池パックに関する。 Embodiments described herein relate generally to a nonaqueous electrolyte battery and a battery pack.
1μm以上の細孔直径が細孔体積比率の大半を占めるセパレータを用いることは、電池の長寿命化や電解液の含浸向上に対して有利である。しかしながら、このようなセパレータを用いると、正極と負極とが接触する可能性が高くなり、結果として自己放電量の大きいセルが発生する可能性が高くなるという課題を有する。 The use of a separator in which the pore diameter of 1 μm or more occupies most of the pore volume ratio is advantageous for extending the battery life and improving the impregnation of the electrolyte. However, when such a separator is used, there is a problem that there is a high possibility that the positive electrode and the negative electrode are in contact with each other, and as a result, there is a high possibility that a cell having a large self-discharge amount is generated.
本発明が解決しようとする課題は、寿命特性に優れ且つ自己放電を抑えることができる非水電解質電池を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte battery that has excellent life characteristics and can suppress self-discharge.
第1の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、正極と、負極と、正極及び負極の間に介するセパレータと、非水電解質とを具備する。負極は、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を含む。負極は、放電した状態における電気抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にある。セパレータは、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きい。この細孔体積比率は、水銀圧入法により得られる積算細孔体積頻度曲線から求められる。セパレータの水銀圧入法により得られる細孔直径分布曲線が、1.1〜7.8μmの範囲内にモード径を有する。
According to the first embodiment, a nonaqueous electrolyte battery is provided. The nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The negative electrode has a Li storage potential of 1 V vs. The negative electrode active material which is more than Li / Li + is included. The negative electrode has an electric resistance in a state of 100 Ω · cm to 100000 Ω · cm in a discharged state. In the separator, the pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more is larger than 70%. This pore volume ratio is obtained from an integrated pore volume frequency curve obtained by mercury porosimetry. The pore diameter distribution curve obtained by the mercury intrusion method of the separator has a mode diameter in the range of 1.1 to 7.8 μm.
第2の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第1の実施形態に係る非水電解質電池を含む。 According to the second embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the embodiment, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are the following explanations and known techniques. The design can be changed as appropriate.
(第1の実施形態)
第1の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、正極と、負極と、正極及び負極の間に介するセパレータと、非水電解質とを具備する。負極は、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を含む。負極は、放電状態における電気抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にある。セパレータは、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きい。この細孔体積比率は、水銀圧入法により得られる積算細孔体積頻度曲線から求められる。
(First embodiment)
According to the first embodiment, a nonaqueous electrolyte battery is provided. The nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The negative electrode has a Li storage potential of 1 V vs. The negative electrode active material which is more than Li / Li + is included. The negative electrode has an electric resistance in a discharged state of 100 Ω · cm to 100,000 Ω · cm. In the separator, the pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more is larger than 70%. This pore volume ratio is obtained from an integrated pore volume frequency curve obtained by mercury porosimetry.
発明者らは、非水電解質電池の負極活物質にLi吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を用いると共に、細孔直径が1μm以上である細孔がセパレータの細孔体積の大半を占めるセパレータを用い、更に、負極の放電状態の電気抵抗を100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内とすることで、寿命特性に優れ且つ自己放電の少ない電池を実現できることを見出した。 The inventors have determined that the Li storage potential of the negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte battery is 1 V vs. In addition to using a negative electrode active material of Li / Li + or more, a separator in which pores having a pore diameter of 1 μm or more occupy most of the pore volume of the separator is used, and further, the electrical resistance of the negative electrode in the discharge state is 100Ω · It has been found that a battery having excellent life characteristics and less self-discharge can be realized by setting it within the range of cm to 100,000 Ω · cm.
ここで、細孔直径が1μm以上である細孔がセパレータの細孔体積の大半を占めるセパレータとは、具体的には、細孔直径が1μm以上である細孔がセパレータの全細孔体積の70%よりも多くの体積を占めるセパレータを意味する。このようなセパレータは、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きい。この細孔体積比率は、セパレータの水銀圧入法での細孔直径分布測定から得られる積算細孔体積頻度曲線から求められる。 Here, the separator in which the pores having a pore diameter of 1 μm or more occupy most of the pore volume of the separator specifically means that the pores having a pore diameter of 1 μm or more of the total pore volume of the separator. It means a separator that occupies more than 70% of the volume. In such a separator, the pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more is larger than 70%. This pore volume ratio is obtained from an integrated pore volume frequency curve obtained from pore diameter distribution measurement by a mercury intrusion method of the separator.
非水電解質電池では、充放電サイクルを繰り返すと、電池反応の副反応により生じる副生成物がセパレータの細孔に蓄積し、その結果、セパレータの目詰まりが生じ得る。セパレータに目詰まりが生じると、電池抵抗が上昇し得る。しかしながら、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きいセパレータは、セパレータのこのような目詰まりを防止することができ、ひいては電池の抵抗上昇を抑えることができる。 In a nonaqueous electrolyte battery, when a charge / discharge cycle is repeated, a by-product generated by a side reaction of the battery reaction accumulates in the pores of the separator, and as a result, the separator may be clogged. When the separator is clogged, battery resistance may increase. However, a separator having a pore diameter ratio of 1 μm or more and a pore volume ratio larger than 70% can prevent such clogging of the separator, and thus suppress an increase in battery resistance.
また、負極は、セパレータの貫通孔部分を介して正極に接触すると、その接触部分が速やかに放電状態となる。第1の実施形態に係る非水電解質が具備する負極は放電状態での電気抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にあるので、負極のうち放電状態となった部分は絶縁体として働くことができる。負極のうち放電状態となった部分のおかげで、正極と接触することにより引き起こされる自己放電は、ほとんど進行せずに停止する。つまり、負極のうち放電状態となった部分は、非水電解質電池の更なる自己放電の進行を防止することができる。 Moreover, when a negative electrode contacts a positive electrode through the through-hole part of a separator, the contact part will be in a discharge state rapidly. Since the negative electrode included in the non-aqueous electrolyte according to the first embodiment has an electric resistance in a discharged state in a range of 100 Ω · cm to 100000 Ω · cm, a portion of the negative electrode that is in a discharged state serves as an insulator. be able to. Thanks to the part of the negative electrode that is in a discharged state, the self-discharge caused by contact with the positive electrode stops with little progress. That is, the portion of the negative electrode that is in a discharged state can prevent further self-discharge of the nonaqueous electrolyte battery from proceeding.
更に、非水電解質電池の負極活物質にLi吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を用いることにより、充放電サイクルによるリチウムデンドライドの析出を抑えることができる。その結果、リチウムデンドライドの析出に起因する短絡、自己放電及び発火などの危険性を避けることができる。 Furthermore, the Li storage potential of the negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte battery is 1 V vs. By using a negative electrode active material that is equal to or higher than Li / Li +, it is possible to suppress the precipitation of lithium dendride due to the charge / discharge cycle. As a result, it is possible to avoid dangers such as a short circuit, self-discharge and ignition due to the precipitation of lithium dendride.
これらのおかげで、第1の実施形態に係る非水電解質電池は、優れた寿命特性を示すことができ、自己放電を抑えることができる。 Thanks to these, the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment can exhibit excellent life characteristics and suppress self-discharge.
セパレータの細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%よりも小さいと、セパレータの目詰まりが起こり易い。その結果、電池の抵抗上昇が起こり得る。セパレータの細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率は、99%以下であることが好ましい。 When the pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more is smaller than 70%, the separator is easily clogged. As a result, the resistance of the battery may increase. The pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more of the separator is preferably 99% or less.
セパレータは、モード径が1〜20μmの範囲内にあることが好ましい。セパレータのモード径は、セパレータの水銀圧入法により得られる細孔直径分布曲線において、細孔体積が最も大きい細孔径、すなわち最頻細孔径である。モード径が1〜20μmの範囲内にあるセパレータは、セパレータの目詰まりに起因する抵抗増加と、自己放電とを、更に抑えることができる。 The separator preferably has a mode diameter in the range of 1 to 20 μm. The mode diameter of the separator is the pore diameter having the largest pore volume in the pore diameter distribution curve obtained by the mercury intrusion method of the separator, that is, the mode pore diameter. A separator having a mode diameter in the range of 1 to 20 μm can further suppress an increase in resistance due to clogging of the separator and self-discharge.
セパレータは、厚さが3〜25μmの範囲内にあることが好ましい。厚さが3〜25μmの範囲内にあるセパレータは、セパレータの目詰まりに起因する抵抗増加と、自己放電とを、更に抑えることができる。 The separator preferably has a thickness in the range of 3 to 25 μm. A separator having a thickness in the range of 3 to 25 μm can further suppress an increase in resistance due to clogging of the separator and self-discharge.
負極の放電状態の電気抵抗が100Ω・cmより小さいと、正極と負極とがセパレータの貫通孔部分で接触した際に起こる自己放電反応が、電池全体が放電状態になるまで進行するおそれがある。一方、負極の放電状態の電気抵抗が100000Ω・cmより大きい場合、負極の抵抗が大き過ぎ、出力特性が低下してしまう。負極の放電状態の電気抵抗のより好ましい範囲は、200Ω・cm〜10000Ω・cmである。 If the electrical resistance in the discharge state of the negative electrode is smaller than 100 Ω · cm, the self-discharge reaction that occurs when the positive electrode and the negative electrode come into contact with each other at the through-hole portion of the separator may proceed until the entire battery is discharged. On the other hand, if the electrical resistance of the negative electrode in the discharge state is greater than 100,000 Ω · cm, the negative electrode resistance is too high and the output characteristics are degraded. A more preferable range of the electric resistance in the discharge state of the negative electrode is 200Ω · cm to 10000Ω · cm.
非水電解質電池の負極活物質にLi吸蔵電位が1V vs. Li/Li+未満である負極活物質を用いると、充放電サイクルにより負極の表面上にリチウムデンドライドが析出し得る。リチウムデンドライドは、非水電解質電池の短絡、自己放電及び発火を引き起こし得る。 Li storage potential of the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte battery is 1 V vs. When a negative electrode active material that is less than Li / Li + is used, lithium dendride can be deposited on the surface of the negative electrode by a charge / discharge cycle. Lithium dendrites can cause short circuits, self-discharge and ignition of non-aqueous electrolyte batteries.
セパレータの細孔状態は、様々な要因を組み合わせて調整することができる。
例えば、セパレータの細孔状態は、原料の繊維径[μm]、繊維長[μm]、材質及び形状の異なる原料の混合比率、坪量[g/m2]、セパレータの厚さ[μm]、密度[g/cm3]ならびにセパレータの製造方法などの条件を工夫して組み合わせることによって調整することができる。
The pore state of the separator can be adjusted by combining various factors.
For example, the pore state of the separator includes the raw material fiber diameter [μm], fiber length [μm], mixing ratio of raw materials with different materials and shapes, basis weight [g / m 2 ], separator thickness [μm], It can be adjusted by devising and combining conditions such as density [g / cm 3 ] and the manufacturing method of the separator.
負極の放電状態の電気抵抗は、様々な要因を組み合わせて制御することができる。
例えば、負極の放電状態の電気抵抗は、負極活物質自体の電気抵抗と、負極活物質に混合する導電剤の電気抵抗と、負極におけるこれらの混合比率とで制御することができる。
The electrical resistance in the discharge state of the negative electrode can be controlled by combining various factors.
For example, the electrical resistance in the discharge state of the negative electrode can be controlled by the electrical resistance of the negative electrode active material itself, the electrical resistance of the conductive agent mixed in the negative electrode active material, and the mixing ratio of these in the negative electrode.
例えば、負極活物質としてスピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4+xTi5O12(xは充放電反応により−1≦x≦3の範囲で変化する)と導電剤としてグラファイトとを用いた混合電極の場合を例に挙げて説明する。スピネル型リチウムチタン複合酸化物は、放電状態では絶縁体である。ここで、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の比表面積をA[m2/g]とし、電極層中のスピネル型リチウムチタン複合酸化物の重量含有比率をBとし、グラファイトの比表面積をC[m2/g]とし、電極層中のグラファイトの重量含有比率をDとする。このような負極では、AB/CDの値を4〜25の範囲内とすると、負極の放電状態の電気抵抗を100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内とすることができる。ただし、負極密度や活物質と導電剤の分散状態によって、電気抵抗が変化することもある。 For example, mixing using spinel type lithium titanium composite oxide Li 4 + x Ti 5 O 12 (x varies in the range of −1 ≦ x ≦ 3 by charge / discharge reaction) as a negative electrode active material and graphite as a conductive agent The case of an electrode will be described as an example. The spinel type lithium titanium composite oxide is an insulator in a discharged state. Here, the specific surface area of the spinel type lithium titanium composite oxide is A [m 2 / g], the weight content ratio of the spinel type lithium titanium composite oxide in the electrode layer is B, and the specific surface area of graphite is C [m. 2 / g] and D is the weight content of graphite in the electrode layer. In such a negative electrode, when the AB / CD value is in the range of 4 to 25, the electric resistance in the discharge state of the negative electrode can be in the range of 100 Ω · cm to 100,000 Ω · cm. However, the electrical resistance may change depending on the negative electrode density and the dispersion state of the active material and the conductive agent.
水銀圧入法によるセパレータの細孔直径分布は、以下の方法で測定することができる。 The pore diameter distribution of the separator by the mercury intrusion method can be measured by the following method.
まず、非水電解質電池を解体する。解体は、例えば電池をアルゴンなどの不活性雰囲気下で行うことができる。次いで、解体した非水電解質電池から電極群を取り出す。取り出した電極群から、ピンセット等を用いてセパレータを取り出す。取り出したセパレータを、メチルエチルカーボネートで洗浄し、セパレータ中のLi塩を取り除く。洗浄後、セパレータを乾燥させて、測定試料とする。 First, the nonaqueous electrolyte battery is disassembled. For example, the battery can be disassembled in an inert atmosphere such as argon. Next, the electrode group is taken out from the disassembled nonaqueous electrolyte battery. A separator is taken out from the taken-out electrode group using tweezers or the like. The removed separator is washed with methyl ethyl carbonate to remove Li salt in the separator. After washing, the separator is dried to obtain a measurement sample.
次いで、測定試料を、測定分析装置に装入する。測定装置としては、例えば、島津製作所製細孔分布測定装置オートポア9520形が挙げられる。この装置の測定に際しては、この装置の試料セルに、測定試料を約25mm幅のサイズに裁断したものを折りたたんで入れ込むことで、細孔直径分布を測定することができる。 Next, the measurement sample is loaded into the measurement analyzer. Examples of the measuring device include a pore distribution measuring device Autopore 9520 manufactured by Shimadzu Corporation. When measuring with this apparatus, the pore diameter distribution can be measured by folding a measurement sample into a sample cell of this apparatus into a size of about 25 mm and folding it.
このようにして得られたセパレータの細孔直径分布から、積算細孔体積頻度曲線及び細孔直径分布曲線が得られる。 From the pore diameter distribution of the separator thus obtained, an integrated pore volume frequency curve and a pore diameter distribution curve are obtained.
このようにして得られた積算細孔体積頻度曲線から、測定したセパレータの細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率を求めることができる。 From the cumulative pore volume frequency curve thus obtained, the pore volume ratio of pores having a measured separator pore diameter of 1 μm or more can be determined.
また、このようにして得られた細孔直径分布曲線において、測定したセパレータのモード径を求めることができる。 Moreover, the measured mode diameter of the separator can be obtained from the pore diameter distribution curve thus obtained.
次に、放電状態の負極の電気抵抗の測定方法について説明する。 Next, a method for measuring the electrical resistance of the negative electrode in the discharged state will be described.
まず、室温において電池に適当な抵抗をつなぎ、電池電圧(開回路電圧)が1Vに達するまで放電を行う。次いで、このようにして放電した電池を、先に説明したようにして解体する。次いで、解体した電池から電極群を取り出し、取り出した電極群から負極を取り出す。次いで、取り出した電極をメチルエチルカーボネートで洗浄することで、負極中のLi塩を取り除く。洗浄した負極を乾燥させ、次いで、この負極を一定面積のリードで挟み込み、この状態で一定の圧力、例えば50kgf/cm2をかける。次いで、負極の表面および裏面のそれぞれに接触するリードをホイートストンブリッジに接続し、抵抗を測定する。 First, an appropriate resistance is connected to the battery at room temperature, and discharging is performed until the battery voltage (open circuit voltage) reaches 1V. The battery thus discharged is then disassembled as described above. Next, the electrode group is taken out from the disassembled battery, and the negative electrode is taken out from the taken out electrode group. Next, the Li electrode in the negative electrode is removed by washing the extracted electrode with methyl ethyl carbonate. The washed negative electrode is dried, and then the negative electrode is sandwiched between leads having a certain area, and a certain pressure, for example, 50 kgf / cm 2 is applied in this state. Next, the lead that contacts each of the front and back surfaces of the negative electrode is connected to the Wheatstone bridge, and the resistance is measured.
ホイートストンブリッジより読み取れる電気抵抗をR[Ω]、測定部分の電極面積をS[cm2]、電極厚さをT[cm]としたとき電気抵抗率[Ω・cm]は以下の式により計算される。 When the electrical resistance that can be read from the Wheatstone bridge is R [Ω], the electrode area of the measurement part is S [cm 2 ], and the electrode thickness is T [cm], the electrical resistivity [Ω · cm] is calculated by the following formula: The
電気抵抗率[Ω・cm]=S[cm2]×R[Ω]/T[cm]
このようにして算出された電気抵抗が、放電状態の負極の電気抵抗である。
Electrical resistivity [Ω · cm] = S [cm 2 ] × R [Ω] / T [cm]
The electrical resistance calculated in this way is the electrical resistance of the negative electrode in the discharged state.
セパレータの厚さは、以下の手順により測定することができる。長さが500mmのセパレータを折り目が長さ方向に直角になるように10枚に折り重ねてJIS B7502で規定の外側マイクロメータ(スピンドル径6.35mm、測定長25mm以下)で厚さを測定する。このようにして得られた値を10で除した商を、セパレータ厚さとする。 The thickness of the separator can be measured by the following procedure. A separator with a length of 500 mm is folded into 10 sheets so that the crease is perpendicular to the length direction, and the thickness is measured with an outer micrometer defined by JIS B7502 (spindle diameter 6.35 mm, measurement length 25 mm or less). . The quotient obtained by dividing the value thus obtained by 10 is defined as the separator thickness.
次に、第1の実施形態に係る非水電解質電池について、詳細に説明する。 Next, the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment will be described in detail.
第1の実施形態に係る非水電解質電池は、正極と、負極と、正極及び負極の間に介するセパレータと、非水電解質とを具備する。 The nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte.
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面又は両面に担持された正極材料層(正極活物質含有層)とを含むことができる。 The positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode material layer (positive electrode active material-containing layer) carried on one or both surfaces of the positive electrode current collector.
正極材料層は、正極活物質を含むことができる。正極材料層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を更に含むこともできる。 The positive electrode material layer can include a positive electrode active material. The positive electrode material layer can further contain a conductive agent and a binder as necessary.
正極集電体は、表面に正極材料層を担持していない部分を含むこともできる。正極集電体のうち正極材料層無担持部分は、正極タブとして働くことができる。或いは、正極は、正極集電体とは別体の正極タブを含むこともできる。 The positive electrode current collector can also include a portion that does not carry the positive electrode material layer on the surface. The portion of the positive electrode current collector that does not carry the positive electrode material layer can serve as a positive electrode tab. Alternatively, the positive electrode can include a positive electrode tab separate from the positive electrode current collector.
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面又は両面に担持された負極材料層(負極活物質含有層)とを含むことができる。 The negative electrode can include a negative electrode current collector and a negative electrode material layer (negative electrode active material-containing layer) carried on one or both surfaces of the negative electrode current collector.
負極材料層は、負極活物質を含むことができる。Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質は、負極材料層に含まれ得る。負極材料層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を更に含むこともできる。 The negative electrode material layer can include a negative electrode active material. Li storage potential is 1 V vs. The negative electrode active material that is greater than or equal to Li / Li + can be included in the negative electrode material layer. The negative electrode material layer can further contain a conductive agent and a binder as necessary.
負極集電体は、表面に負極材料層を担持していない部分を含むことができる。この部分は、負極タブとして働くことができる。或いは、負極は、負極集電体とは別体の負極タブを含むこともできる。 The negative electrode current collector can include a portion that does not carry the negative electrode material layer on the surface. This part can serve as a negative electrode tab. Alternatively, the negative electrode can include a negative electrode tab separate from the negative electrode current collector.
セパレータは、正極と負極との間に介する。それにより、正極材料層と負極材料層とは、セパレータを介して対向することができる。 The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. Thereby, the positive electrode material layer and the negative electrode material layer can be opposed to each other via the separator.
正極、負極及びセパレータは、電極群を構成することができる。電極群は、様々な構造を有することができる。例えば、電極群は、スタック型の構造を有することができる。スタック型構造の電極群は、例えば、複数の正極及び負極を、正極材料層と負極材料層との間にセパレータを挟んで積層することによって得ることができる。或いは、電極群は、巻回型の構造を有することができる。巻回型の電極群は、例えば、一枚のセパレータと、一枚の正極と、もう一枚のセパレータと、一枚の負極とをこの順で積層させて積層体を作り、この積層体を負極が外側にくるように巻回することによって得ることができる。 The positive electrode, the negative electrode, and the separator can constitute an electrode group. The electrode group can have various structures. For example, the electrode group can have a stacked structure. A stack type electrode group can be obtained, for example, by laminating a plurality of positive electrodes and negative electrodes with a separator interposed between a positive electrode material layer and a negative electrode material layer. Alternatively, the electrode group can have a wound structure. For example, a wound electrode group is formed by laminating one separator, one positive electrode, another separator, and one negative electrode in this order. It can obtain by winding so that a negative electrode may come outside.
非水電解質は、このような電極群に含浸され得る。 A non-aqueous electrolyte can be impregnated in such an electrode group.
第1の実施形態に係る非水電解質電池は、正極端子及び負極端子を更に具備することができる。 The nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment can further include a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.
正極端子は、その一部が正極の一部に電気的に接続されることによって、正極と外部回路との間で電子が移動するための導体として働くことができる。正極端子は、例えば、正極集電体、特に正極タブに接続することができる。同様に、負極端子は、その一部が負極の一部に電気的に接続されることによって、負極と外部端子との間で電子が移動するための導体として働くことができる。負極端子は、例えば、負極集電体、特に負極タブに接続することができる。 The positive electrode terminal can function as a conductor for electrons to move between the positive electrode and an external circuit by being partly connected to a part of the positive electrode. The positive electrode terminal can be connected to, for example, a positive electrode current collector, particularly a positive electrode tab. Similarly, a part of the negative electrode terminal is electrically connected to a part of the negative electrode, whereby the negative electrode terminal can serve as a conductor for electrons to move between the negative electrode and the external terminal. The negative electrode terminal can be connected to, for example, a negative electrode current collector, particularly a negative electrode tab.
第1の実施形態に係る非水電解質電池は、外装部材を更に具備することができる。外装部材は、電極群及び非水電解質を収容することができる。正極端子及び負極端子のそれぞれの一部は、外装部材から延出させることができる。 The nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment can further include an exterior member. The exterior member can accommodate the electrode group and the nonaqueous electrolyte. A part of each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal can be extended from the exterior member.
以下、第1の実施形態に係る非水電解質電池について、部材ごとに詳細に説明する。 Hereinafter, the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment will be described in detail for each member.
1)負極
負極集電体には、例えば金属箔または合金箔が用いられる。特にアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔が好ましい。アルミニウム箔、アルミニウム合金箔は、50μm以下、より好ましくは30μm以下、更に好ましくは5μm以下の平均結晶粒径を有することが望ましい。アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の平均結晶粒径を50μm以下にすることによって、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができる。このため、プレス時の圧力を高めて負極材料層を高密度化して負極容量を増大させることが可能になる。また、高温環境下(40℃以上)における過放電サイクルでの集電体の溶解及び腐食を原因とする劣化を防ぐことができる。このため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力性能、急速充電、充放電サイクル性能も向上させることができる。
1) Negative electrode For the negative electrode current collector, for example, a metal foil or an alloy foil is used. Aluminum foil or aluminum alloy foil is particularly preferable. The aluminum foil and aluminum alloy foil desirably have an average crystal grain size of 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and still more preferably 5 μm or less. By setting the average crystal grain size of the aluminum foil or aluminum alloy foil to 50 μm or less, the strength of the aluminum foil or aluminum alloy foil can be dramatically increased. For this reason, it is possible to increase the negative electrode capacity by increasing the pressure during pressing to increase the density of the negative electrode material layer. Further, it is possible to prevent deterioration due to dissolution and corrosion of the current collector in an overdischarge cycle under a high temperature environment (40 ° C. or higher). For this reason, an increase in negative electrode impedance can be suppressed. Furthermore, output performance, rapid charge, and charge / discharge cycle performance can also be improved.
平均結晶粒径は次のようにして求められる。集電体表面の組織を光学顕微鏡で組織観察し、1mm×1mm内に存在する結晶粒の数nを求める。このnを用いてS=1×106/n(μm2)から平均結晶粒子面積Sを求める。得られたSの値から下記(A)式により平均結晶粒子径d(μm)を算出する。 The average crystal grain size is determined as follows. The structure of the current collector surface is observed with an optical microscope, and the number n of crystal grains existing within 1 mm × 1 mm is determined. Using this n, the average crystal grain area S is determined from S = 1 × 10 6 / n (μm 2 ). The average crystal particle diameter d (μm) is calculated from the obtained S value by the following formula (A).
d=2(S/π)1/2 (A)
アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、及び焼鈍条件など複数の因子から複雑な影響を受けて変化する。結晶粒径は、集電体の製造工程の中で上記諸因子を組合せて制御することにより、調整することが可能である。
d = 2 (S / π) 1/2 (A)
The average crystal grain size of the aluminum foil or aluminum alloy foil changes under complex influences from a plurality of factors such as material structure, impurities, processing conditions, heat treatment history, and annealing conditions. The crystal grain size can be adjusted by controlling the above factors in combination during the production process of the current collector.
集電体の厚さは、20μm以下、より好ましくは15μm以下であることが望ましい。アルミニウム箔は99質量%以上の純度を有することが好ましい。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金であることが好ましい。合金成分として含まれる鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属は1質量%以下にすることが好ましい。 The thickness of the current collector is desirably 20 μm or less, more preferably 15 μm or less. The aluminum foil preferably has a purity of 99% by mass or more. The aluminum alloy is preferably an alloy containing elements such as magnesium, zinc, and silicon. Transition metals such as iron, copper, nickel and chromium contained as alloy components are preferably 1% by mass or less.
先に説明したように、負極活物質は、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質、すなわちリチウムに対し1V以上(好ましくは1.1V以上3V以下)の電位で充放電反応が可能な負極活物質を含む。 As described above, the negative electrode active material has a Li storage potential of 1 V vs. A negative electrode active material that is Li / Li + or higher, that is, a negative electrode active material capable of charge / discharge reaction at a potential of 1 V or higher (preferably 1.1 V or higher and 3 V or lower) with respect to lithium.
ここで、反応電位の測定法について説明する。まず、測定対象たる負極活物質を作用極とし、金属リチウムを対極及び参照極とした3電極式セルを作製する。この3電極式セルにおいて、作用極の電気容量の1/10の電流値、つまり0.1Cレートでリチウムの挿入脱離反応を行う。この際のリチウム脱離反応における平均作動電位を、負極活物質の反応電位とする。なお、ここでは、1Cレートを、電極の電気容量を1時間で放電させるのに必要な電流値を1Cレートと定義し、実際の電流値の1Cレートに対する比をその電流値のレートとしている。 Here, a method for measuring the reaction potential will be described. First, a three-electrode cell having a negative electrode active material to be measured as a working electrode and metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode is prepared. In this three-electrode type cell, lithium insertion / extraction reaction is performed at a current value of 1/10 of the electric capacity of the working electrode, that is, at a 0.1 C rate. The average operating potential in the lithium elimination reaction at this time is defined as the reaction potential of the negative electrode active material. Here, the 1C rate is defined as the 1C rate as the current value required to discharge the electrode capacitance in one hour, and the ratio of the actual current value to the 1C rate is defined as the rate of the current value.
Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質としては、例えば、スピネル型リチウムチタン複合酸化物が挙げられる。スピネル型リチウムチタン複合酸化物としては、Li4+xTi5O12(xは充放電反応により0≦x≦3の範囲で変化する)などを挙げることができる。 Li storage potential is 1 V vs. Examples of the negative electrode active material that is greater than or equal to Li / Li + include spinel type lithium titanium composite oxide. Examples of the spinel-type lithium titanium composite oxide include Li 4 + x Ti 5 O 12 (x varies in the range of 0 ≦ x ≦ 3 due to charge / discharge reaction).
これ以外のLi吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出することができるリチウム化合物が挙げられる。このようなリチウム化合物としては、リチウム酸化物、リチウム硫化物、リチウム窒化物などが挙げられる。これらの中には、未充電状態ではリチウムを含まない金属化合物であるが、充電によりリチウムを含むようになる化合物も含まれる。 Other Li storage potentials are 1 V vs. Examples of the negative electrode active material that is greater than or equal to Li / Li + include lithium compounds that can occlude and release lithium. Examples of such lithium compounds include lithium oxide, lithium sulfide, and lithium nitride. Among these, a metal compound that does not contain lithium in an uncharged state, but also includes a compound that contains lithium when charged.
充電によりリチウムを含むようになる酸化物としては、例えば、チタン含有金属複合酸化物、例えばSnB0.4P0.6O3.1などのアモルファススズ酸化物、例えばSnSiO3などのスズ珪素酸化物、例えばSiOなどの酸化珪素、例えばWO3などのタングステン酸化物などが挙げられる。中でも、チタン含有金属複合酸化物が好ましい。 Examples of the oxide that contains lithium by charging include titanium-containing metal composite oxides, for example, amorphous tin oxides such as SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 , tin oxides such as SnSiO 3, and SiO. Examples thereof include silicon oxide, for example, tungsten oxide such as WO 3 . Of these, titanium-containing metal composite oxides are preferable.
チタン含有金属複合酸化物としては、例えば、リチウムチタン酸化物、酸化物合成時はリチウムを含まないチタン系酸化物などを挙げることができる。スピネル型リチウムチタン複合酸化物以外のリチウムチタン酸化物としては、例えば、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウムなどを挙げることができる。ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウムとしては、Li2+yTi3O7(yは充放電反応により−1≦y≦3の範囲で変化する)などが挙げられる。チタン系酸化物としては、TiO2、TiとP、V、Sn、Cu、Ni、Nb及びFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素とを含有する金属複合酸化物などが挙げられる。TiO2はアナターゼ型で熱処理温度が300〜500℃の低結晶性のものが好ましい。TiとP、V、Sn、Cu、Ni、Nb及びFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素とを含有する金属複合酸化物としては、例えば、TiO2-P2O5、TiO2-V2O5、TiO2-P2O5-SnO2、TiO2-P2O5-MeO(Meは、Cu、Ni及びFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素である)、Nb2TiO7などを挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶性が低く、結晶相とアモルファス相とが共存もしくは、アモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能を大幅に向上させることができる。中でも、リチウムチタン酸化物、TiとP、V、Sn、Cu、Ni、Nb及びFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素とを含有する金属複合酸化物が好ましい。 Examples of the titanium-containing metal composite oxide include lithium titanium oxide, and titanium-based oxides that do not contain lithium during oxide synthesis. Examples of lithium titanium oxides other than the spinel-type lithium titanium composite oxide include lithium titanate having a ramsdellite structure. Examples of lithium titanate having a ramsdellite structure include Li 2 + y Ti 3 O 7 (y varies within a range of −1 ≦ y ≦ 3 due to charge / discharge reaction). Examples of the titanium-based oxide include metal composite oxides containing TiO 2 , Ti, and at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni, Nb, and Fe. TiO 2 is preferably anatase type and low crystalline having a heat treatment temperature of 300 to 500 ° C. Examples of the metal composite oxide containing Ti and at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni, Nb, and Fe include TiO 2 —P 2 O 5 , TiO 2. -V 2 O 5, TiO 2 -P 2 O 5 -SnO 2, TiO 2 -P 2 O 5 -MeO (Me is at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni and Fe) Nb 2 TiO 7 and the like. This metal composite oxide has a low crystallinity and preferably has a microstructure in which a crystal phase and an amorphous phase coexist or exist as an amorphous phase alone. With such a microstructure, cycle performance can be greatly improved. Among these, a metal composite oxide containing lithium titanium oxide and Ti and at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni, Nb, and Fe is preferable.
硫化物としては、例えば、例えばTiS2などの硫化チタン、例えばMoS2などの硫化モリブデン、例えば、FeS、FeS2、LixFeS2(0≦x≦2)などの硫化鉄などが挙げられる。 Examples of the sulfide include titanium sulfide such as TiS 2 , molybdenum sulfide such as MoS 2, and iron sulfide such as FeS, FeS 2 , and Li x FeS 2 (0 ≦ x ≦ 2).
窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物(例えば、LixCoyN、ここで、0<x<4であり、0<y<0.5である)などが挙げられる。 Examples of the nitride include lithium cobalt nitride (for example, Li x Co y N, where 0 <x <4 and 0 <y <0.5).
これらの活物質は1種類でも用いてもよいし2種類以上を組み合わせて使用してもよい。 These active materials may be used alone or in combination of two or more.
導電剤としては、例えばカーボンブラック、黒鉛(グラファイト)、グラフェン、フラーレン類、コークス、炭素繊維、金属粉末等を挙げることができる。中でもカーボンブラック、黒鉛、グラフェンが好ましく、カーボンブラックとしてはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等が挙げられる。 Examples of the conductive agent include carbon black, graphite (graphite), graphene, fullerenes, coke, carbon fiber, and metal powder. Among these, carbon black, graphite, and graphene are preferable, and examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, and furnace black.
結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), acrylic resin, polyolefin resin, polyurethane resin, polyimide resin, fluorine rubber, and styrene butadiene rubber.
負極は、例えば、粉末状の負極活物質に導電剤及び結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物(スラリー)を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製することができる。 For example, the negative electrode is prepared by adding a conductive agent and a binder to a powdered negative electrode active material, suspending them in a suitable solvent, applying the suspension (slurry) to a current collector, drying, and pressing. It can be produced by forming a strip electrode.
この際、負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質73〜98重量%、導電剤0〜20重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。 At this time, the mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 73 to 98% by weight of the negative electrode active material, 0 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder. .
2)正極
正極活物質には、種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LixMn2O4またはLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-y-zCoyMzO2(MはAl,CrおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素であり、0≦y≦0.5、0≦z≦0.1である))、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMn1-y-zCoyMzO2(MはAl、CrおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素であり、0≦y≦0.5、0≦z≦0.1である))、リチウムマンガンニッケル複合化合物(例えばLixMn1/2Ni1/2O2)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiyO4)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えば、LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4など)、硫酸鉄(例えばFe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV2O5)などが挙げられる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ(S)、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。なお、上記に好ましい範囲の記載がないx、y及びzについては、0以上1以下の範囲であることが好ましい。
2) Positive electrode Examples of the positive electrode active material include various oxides and sulfides. For example, manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (eg, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite oxide (eg, Li x NiO 2) ), Lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (eg, Li x Ni 1-yz Co y M z O 2 (M is at least selected from the group consisting of Al, Cr and Fe) 1 element, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.1)), lithium manganese cobalt composite oxide (for example, Li x Mn 1-yz Co y M z O 2 ( M is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr and Fe, and 0 ≦ y ≦ 0.5 and 0 ≦ z ≦ 0.1)), lithium manganese nickel composite compound (for example, Li x Mn 1/2 Ni 1/2 O 2 ), spinel-type lithium manganese nickel composite oxide (for example, Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium phosphorus oxide having an olivine structure (for example, Li x such as FePO 4, Li x Fe 1- y Mn y PO 4, Li x CoPO 4), iron sulfate (e.g. Fe 2 (SO 4) 3) , vanadium oxide (e.g. V 2 O 5), and the like. In addition, conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, disulfide-based polymer materials, organic materials such as sulfur (S) and carbon fluoride, and inorganic materials are also included. In addition, about x, y, and z for which there is no description of a preferable range above, it is preferable that it is the range of 0-1.
正極活物質の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。 The type of the positive electrode active material can be one type or two or more types.
導電剤としては、例えばカーボンブラック、黒鉛(グラファイト)、グラフェン、フラーレン類、コークス、炭素繊維、金属粉末等を挙げることができる。中でもカーボンブラック、黒鉛が好ましく、カーボンブラックとしてはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等が挙げられる。 Examples of the conductive agent include carbon black, graphite (graphite), graphene, fullerenes, coke, carbon fiber, and metal powder. Among these, carbon black and graphite are preferable, and examples of the carbon black include acetylene black, ketjen black, and furnace black.
結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), acrylic resin, polyolefin resin, polyurethane resin, polyimide resin, fluorine rubber, and styrene butadiene rubber.
正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔から形成されることが望ましい。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は50μm以下であることが好ましい。より好ましくは、30μm以下である。更に好ましくは5μm以下である。平均結晶粒径が50μm以下であることにより、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。 The positive electrode current collector is preferably formed from an aluminum foil or an aluminum alloy foil. The average crystal grain size of the aluminum foil and the aluminum alloy foil is preferably 50 μm or less. More preferably, it is 30 μm or less. More preferably, it is 5 μm or less. When the average crystal grain size is 50 μm or less, the strength of the aluminum foil or aluminum alloy foil can be dramatically increased, the positive electrode can be densified with a high press pressure, and the battery capacity is increased. Can be made.
集電体の厚さは、20μm以下、より好ましくは15μm以下である。アルミニウム箔の純度は99質量%以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は1質量%以下にすることが好ましい。 The thickness of the current collector is 20 μm or less, more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by mass or more. As the aluminum alloy, an alloy containing elements such as magnesium, zinc and silicon is preferable. On the other hand, the content of transition metals such as iron, copper, nickel and chromium is preferably 1% by mass or less.
この正極は、例えば、正極活物質に導電剤及び結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。 For this positive electrode, for example, a conductive agent and a binder are added to the positive electrode active material, these are suspended in a suitable solvent, and this suspension is applied to a current collector such as an aluminum foil, dried and pressed. It is produced by forming a strip electrode.
この際、正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、正極活物質80〜95重量%、導電剤3〜20重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。 At this time, the mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 80 to 95% by weight of the positive electrode active material, 3 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder. .
3)非水電解質
この非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩とを含むことができる。また、非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。ただし、Bを有するLi塩が電解質塩として含まれることが好ましい。
3) Nonaqueous electrolyte This nonaqueous electrolyte can contain a nonaqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent. Further, the non-aqueous solvent may contain a polymer. However, it is preferable that a Li salt having B is contained as an electrolyte salt.
電解質塩の例としては、LiPF6、LiBF4、Li(CF3SO2)2N(ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム;通称LiTFSI)、LiCF3SO3(通称LiTFS)、Li(C2F5SO2)2N(ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム;通称LiBETI)、LiClO4、LiAsF6、LiSbF6、ビスオキサラトホウ酸リチウム(LiB(C2O4)2(通称LiBOB))、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiF2BC2O4)、ジフルオロ(トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロ−メチルプロピオナト(2−)−0,0)ホウ酸リチウム(LiBF2(OCOOC(CF3)2)(通称LiBF2(HHIB)))、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)等のリチウム塩が挙げられる。これらの電解質塩は一種類で使用してもよいし又は二種類以上を混合して用いてもよい。特に、LiPF6、LiBF4、ビスオキサラトホウ酸リチウム(LiB(C2O4)2(通称LiBOB))、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiF2BC2O4)、ジフルオロ(トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロ−メチルプロピオナト(2−)−0,0)ホウ酸リチウム(LiBF2(OCOOC(CF3)2)(通称LiBF2(HHIB)))、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)が好ましい。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N (bistrifluoromethanesulfonylamide lithium; commonly known as LiTFSI), LiCF 3 SO 3 (commonly known as LiTFS), and Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N (bis pentafluoroethanesulfonyl amide lithium; called LiBETI), LiClO 4, LiAsF 6 , LiSbF 6, bisoxalato Lato lithium borate (LiB (C 2 O 4) 2 ( known as LiBOB)), difluoro (oxalato) Lithium borate (LiF 2 BC 2 O 4 ), difluoro (trifluoro-2-oxide-2-trifluoro-methylpropionate (2-)-0,0) lithium borate (LiBF 2 (OCOOC (CF 3 ) 2) (aka LiBF 2 (HHIB))), lithium difluorophosphate (LiPO 2 2) lithium salts, and the like. These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more. In particular, LiPF 6 , LiBF 4 , lithium bisoxalatoborate (LiB (C 2 O 4 ) 2 (common name LiBOB)), lithium difluoro (oxalato) borate (LiF 2 BC 2 O 4 ), difluoro (trifluoro-2 -Oxido-2-trifluoro-methylpropionate (2-)-0,0) lithium borate (LiBF 2 (OCOOC (CF 3 ) 2 ) (commonly known as LiBF 2 (HHIB))), lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) is preferred.
電解質塩濃度は、0.5M以上、3.0M以下の範囲内とすることが好ましい。これにより、高負荷電流を流した場合の性能を向上することができる。 The electrolyte salt concentration is preferably in the range of 0.5M to 3.0M. Thereby, the performance when a high load current is passed can be improved.
非水溶媒としては、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeHF)、1,3−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル(AN)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネイト(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等が挙げられる。これらの溶媒は1種類で使用してもよいし又は2種類以上を混合して用いてもよい。また、溶媒を二種類以上組み合わせる場合、全ての溶媒に誘電率が20以上のものの中から選ぶことが好ましい。 The non-aqueous solvent is not particularly limited, but propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (GBL), tetrahydrofuran (THF), 2 -Methyltetrahydrofuran (2-MeHF), 1,3-dioxolane, sulfolane, acetonitrile (AN), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), dipropyl carbonate (DPC), etc. It is done. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Further, when two or more kinds of solvents are combined, it is preferable to select from all solvents having a dielectric constant of 20 or more.
この非水電解質に、添加剤を添加してもよい。添加剤としては、特に限定されるものではないが、ビニレンカーボネイト(VC)、フルオロビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、フルオロメチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、プロピルビニレンカーボネート、ブチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ジプロピルビニレンカーボネート、ビニレンアセテート(VA)、ビニレンブチレート、ビニレンヘキサネート、ビニレンクロトネート、カテコールカーボネート、プロパンスルトン、ブタンスルトン等が挙げられる。添加剤の種類は、1種類又は2種類以上にすることができる。 An additive may be added to the non-aqueous electrolyte. Although it does not specifically limit as an additive, Vinylene carbonate (VC), fluoro vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, fluoromethyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, propyl vinylene carbonate, butyl vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, diethyl Examples include vinylene carbonate, dipropyl vinylene carbonate, vinylene acetate (VA), vinylene butyrate, vinylene hexanate, vinylene crotonate, catechol carbonate, propane sultone, and butane sultone. One kind or two or more kinds of additives can be used.
4)セパレータ
セパレータの材料は、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン、セルロース、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン及びビニロンのようなポリマーで作られた多孔質フィルム又は不織布を用いることができる。この多孔質フィルム又は不織布中に無機粒子が含まれてもよい。セパレータの材料は1種類であってもよく、或いは、2種類以上を組合せて用いてもよい。
4) Separator The material of the separator is not particularly limited. For example, a porous film or a nonwoven fabric made of a polymer such as polyolefin, cellulose, polyester, polyvinyl alcohol, polyamide, polytetrafluoroethylene, and vinylon can be used. . Inorganic particles may be contained in the porous film or nonwoven fabric. One type of separator material may be used, or two or more types may be used in combination.
5)外装部材
外装部材は、厚さ0.5mm以下のラミネートフィルム又は厚さ3mm以下の金属製容器が用いられる。金属製容器は、厚さ0.5mm以下であることがより好ましい。また、ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレン系樹脂、フッ素系樹脂等からなる樹脂製容器を用いてもよい。
5) Exterior member As the exterior member, a laminate film having a thickness of 0.5 mm or less or a metal container having a thickness of 3 mm or less is used. The metal container is more preferably 0.5 mm or less in thickness. A resin container made of polyolefin resin, polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, acrylic resin, phenol resin, polyphenylene resin, fluorine resin, or the like may be used.
外装部材の形状、すなわち電池形状としては、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、ボタン型等が挙げられる。また、電池は、例えば携帯用電子機器等に積載される小型用途、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型用途のいずれにも適用することができる。 Examples of the shape of the exterior member, that is, the battery shape, include a flat type (thin type), a square type, a cylindrical type, a coin type, and a button type. In addition, the battery can be applied to, for example, a small-sized application loaded on a portable electronic device or the like, and a large-sized application loaded on a two-wheel to four-wheeled vehicle or the like.
ラミネートフィルムは、樹脂層間に金属層を介在した多層フィルムが用いられる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂層は、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に成形することができる。 As the laminate film, a multilayer film in which a metal layer is interposed between resin layers is used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for weight reduction. For the resin layer, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, polyethylene terephthalate (PET) can be used. The laminate film can be formed into the shape of an exterior member by sealing by heat sealing.
金属製容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。合金中に鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属が含む場合、その量は100ppm以下にすることが好ましい。 The metal container is made of aluminum or an aluminum alloy. As the aluminum alloy, an alloy containing elements such as magnesium, zinc and silicon is preferable. When transition metals such as iron, copper, nickel and chromium are contained in the alloy, the amount is preferably 100 ppm or less.
6)負極端子
負極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、又はSiから選択される少なくとも1種類の元素を含有するアルミニウム合金から形成することができる。負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極端子は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。
6) Negative electrode terminal The negative electrode terminal can be formed from aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, or Si. In order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector, the negative electrode terminal is preferably formed from the same material as the negative electrode current collector.
7)正極端子
正極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu、又はSiから選択される少なくとも1種類の元素を含有するアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極端子は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。
7) Positive electrode terminal The positive electrode terminal may be formed of aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, or Si. preferable. In order to reduce the contact resistance with the positive electrode current collector, the positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector.
次に、第1の実施形態に係る非水電解質電池の例を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Next, an example of the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る一例の非水電解質電池の分解斜視図である。図2は、図1に示す非水電解質電池が具備する電極群の一部展開斜視図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of an example nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment. FIG. 2 is a partially developed perspective view of an electrode group included in the nonaqueous electrolyte battery shown in FIG.
図1に示す電池100は、密閉型の角型非水電解質電池である。非水電解質電池100は、外装缶1と、蓋2と、正極外部端子3と、負極外部端子4と、電極群5とを具備している。外装缶1と蓋2とは、外装部材を構成している。 A battery 100 shown in FIG. 1 is a sealed rectangular nonaqueous electrolyte battery. The nonaqueous electrolyte battery 100 includes an outer can 1, a lid 2, a positive external terminal 3, a negative external terminal 4, and an electrode group 5. The outer can 1 and the lid 2 constitute an outer member.
外装缶1は、有底角筒形状をなし、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄又はステンレスなどの金属から形成される。 The outer can 1 has a bottomed rectangular tube shape, and is formed of a metal such as aluminum, an aluminum alloy, iron, or stainless steel, for example.
図2に示すように、偏平型の電極群5は、正極6と負極7とがその間にセパレータ8を介して偏平形状に捲回されたものである。正極6は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ6aと、少なくとも正極集電タブ6aの部分を除いて正極集電体に形成された正極材料層(正極活物質含有層)6bとを含む。一方、負極7は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ7aと、少なくとも負極集電タブ7aの部分を除いて負極集電体に形成された負極材料層(負極活物質含有層)7bとを含む。 As shown in FIG. 2, the flat electrode group 5 has a positive electrode 6 and a negative electrode 7 wound in a flat shape with a separator 8 therebetween. The positive electrode 6 is a positive electrode except for, for example, a strip-shaped positive electrode current collector made of a metal foil, a positive electrode current collector tab 6a having one end parallel to the long side of the positive electrode current collector, and at least the positive electrode current collector tab 6a. And a positive electrode material layer (positive electrode active material-containing layer) 6b formed on the current collector. On the other hand, the negative electrode 7 excludes, for example, a strip-shaped negative electrode current collector made of a metal foil, a negative electrode current collector tab 7a having one end parallel to the long side of the negative electrode current collector, and at least a portion of the negative electrode current collector tab 7a. And a negative electrode material layer (negative electrode active material-containing layer) 7b formed on the negative electrode current collector.
このような正極6、セパレータ8及び負極7は、正極集電タブ6aが電極群5の捲回軸方向にセパレータ8から突出し、かつ負極集電タブ7aがこれとは反対方向にセパレータ8から突出するよう、正極6及び負極7の位置をずらして捲回されている。このような捲回により、電極群5は、図2に示すように、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブ6aが突出し、かつ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブ7aが突出している。電解液(図示しない)は、電極群5に含浸されている。 In such a positive electrode 6, separator 8 and negative electrode 7, the positive electrode current collecting tab 6 a protrudes from the separator 8 in the winding axis direction of the electrode group 5, and the negative electrode current collecting tab 7 a protrudes from the separator 8 in the opposite direction. Thus, the positions of the positive electrode 6 and the negative electrode 7 are wound while being shifted. As a result of such winding, as shown in FIG. 2, the electrode group 5 has the positive electrode current collecting tab 6a wound in a spiral shape from one end face and is wound in a spiral form from the other end face. The negative electrode current collection tab 7a protrudes. An electrolytic solution (not shown) is impregnated in the electrode group 5.
図1に示すように、正極タブ6a及び負極タブ7aは、それぞれ、電極群5の捲回中心付近を境にして二つの束に分けられており、2つの導電性の挟持部材9のそれぞれによって挟持されている。挟持部材9は、略コの字状をした第1の挟持部9a及び第2の挟持部9bと、これら第1の挟持部9aと第2の挟持部9bとを電気的に接続する連結部9cとを有する。正極タブ6aの一方の束は、1つの挟持部材9の第1の挟持部9aによって挟持されており、正極タブ6aの他方の束は、同じ挟持部材9の第2の挟持部9bによって挟持されている。同様に、負極タブ7aの一方の束は、もう1つの挟持部材9の第1の挟持部9aによって挟持されており、負極タブ7aの他方の束は、同じ挟持部材9の第2の挟持部9bによって挟持されている。 As shown in FIG. 1, the positive electrode tab 6a and the negative electrode tab 7a are each divided into two bundles with the vicinity of the winding center of the electrode group 5 as a boundary, and each of the two conductive holding members 9 It is pinched. The sandwiching member 9 includes a first sandwiching portion 9a and a second sandwiching portion 9b that are substantially U-shaped, and a connecting portion that electrically connects the first sandwiching portion 9a and the second sandwiching portion 9b. 9c. One bundle of the positive electrode tabs 6a is held by the first holding part 9a of one holding member 9, and the other bundle of the positive electrode tabs 6a is held by the second holding part 9b of the same holding member 9. ing. Similarly, one bundle of the negative electrode tabs 7a is held by the first holding part 9a of the other holding member 9, and the other bundle of the negative electrode tabs 7a is the second holding part of the same holding member 9. 9b.
正極リード10は、略長方形状の支持板10aと、支持板10aに開口された貫通孔10bと、支持板10aから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部10c及び10dとを有する。一方、負極リード11は、略長方形状の支持板11aと、支持板11aに開口された貫通孔11bと、支持板11aから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部11c及び11dとを有する。 The positive electrode lead 10 includes a substantially rectangular support plate 10a, a through hole 10b opened in the support plate 10a, a bifurcated bifurcated branch from the support plate 10a, and strip-shaped current collectors 10c and 10d extending downward. Have On the other hand, the negative electrode lead 11 includes a substantially rectangular support plate 11a, a through hole 11b opened in the support plate 11a, a bifurcated branch from the support plate 11a, and a strip-shaped current collector 11c extending downward. 11d.
正極リード10の集電部10c及び10dは間に1つの挟持部材9を挟んでいる。集電部10cは、挟持部材9の第1の挟持部9aに配置されている。集電部10dは、第2の挟持部9bに配置されている。集電部10c及び10dと、第1及び第2の挟持部9a及び9bと、正極集電タブ6aとは、例えば超音波溶接によって接合されている。これにより、電極群5の正極6と正極リード10とが正極集電タブ6aを介して電気的に接続されている。 The current collectors 10c and 10d of the positive electrode lead 10 sandwich one clamping member 9 therebetween. The current collector 10 c is disposed in the first clamping part 9 a of the clamping member 9. The current collector 10d is disposed in the second clamping unit 9b. The current collectors 10c and 10d, the first and second sandwiching parts 9a and 9b, and the positive electrode current collector tab 6a are joined by, for example, ultrasonic welding. Thereby, the positive electrode 6 and the positive electrode lead 10 of the electrode group 5 are electrically connected via the positive electrode current collection tab 6a.
負極リード11の集電部11c及び11dは間にもう1つの挟持部材9を挟んでいる。集電部11cは、挟持部材9の第1の挟持部9aに配置されている。一方、集電部11dは、第2の挟持部9bに配置される。集電部11c及び11dと、第1及び第2の挟持部9a及び9bと、負極集電タブ7aとは、例えば超音波溶接によって接合されている。これにより、電極群5の負極7と負極リード11が負極集電タブ7aを介して電気的に接続されている。 Another collector 9 is sandwiched between the current collectors 11 c and 11 d of the negative electrode lead 11. The current collector 11 c is disposed in the first clamping part 9 a of the clamping member 9. On the other hand, the current collection part 11d is arrange | positioned at the 2nd clamping part 9b. The current collecting parts 11c and 11d, the first and second clamping parts 9a and 9b, and the negative electrode current collecting tab 7a are joined by, for example, ultrasonic welding. Thereby, the negative electrode 7 and the negative electrode lead 11 of the electrode group 5 are electrically connected via the negative electrode current collection tab 7a.
正極リード10及び負極リード11並びに挟持部材9の材質は、特に指定しないが、正極外部端子3及び負極外部端子4と同じ材質にすることが望ましい。正極外部端子3には、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が使用され、負極外部端子4には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ニッケル、ニッケルメッキされた鉄などが使用される。例えば、外部端子の材質がアルミニウム又はアルミニウム合金の場合は、リードの材質をアルミニウム、アルミニウム合金にすることが好ましい。また、外部端子が銅の場合は、リードの材質を銅などにすることが望ましい。 The materials of the positive electrode lead 10, the negative electrode lead 11, and the sandwiching member 9 are not particularly specified, but are preferably the same material as the positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4. For the positive electrode external terminal 3, for example, aluminum or an aluminum alloy is used, and for the negative electrode external terminal 4, for example, aluminum, an aluminum alloy, copper, nickel, nickel-plated iron, or the like is used. For example, when the material of the external terminal is aluminum or an aluminum alloy, the lead material is preferably aluminum or an aluminum alloy. In addition, when the external terminal is copper, it is desirable that the material of the lead is copper.
矩形板状の蓋2は、外装缶1の開口部に例えばレーザでシーム溶接されている。蓋2は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属から形成される。蓋2と外装缶1とは、同じ種類の金属から形成されることが望ましい。正極外部端子3は、正極リード10の支持板10aと電気的に接続され、負極外部端子4は、負極リード11の支持板11aと電気的に接続されている。正極外部端子3と蓋2との間、及び負極外部端子4と蓋2との間には、それぞれ、絶縁ガスケット12が配置されており、正極外部端子3と負極外部端子4と蓋2とを電気的に絶縁している。絶縁ガスケット12は、樹脂成形品であることが望ましい。 The rectangular plate-shaped lid 2 is seam welded to the opening of the outer can 1 by, for example, a laser. The lid 2 is made of a metal such as aluminum, aluminum alloy, iron or stainless steel, for example. The lid 2 and the outer can 1 are preferably formed from the same type of metal. The positive external terminal 3 is electrically connected to the support plate 10 a of the positive electrode lead 10, and the negative external terminal 4 is electrically connected to the support plate 11 a of the negative electrode lead 11. Insulating gaskets 12 are disposed between the positive external terminal 3 and the lid 2 and between the negative external terminal 4 and the lid 2, respectively. The positive external terminal 3, the negative external terminal 4, and the lid 2 are connected to each other. It is electrically insulated. The insulating gasket 12 is preferably a resin molded product.
第1の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、負極が、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を含む。また、負極の放電状態における電気抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にある。更に、セパレータは、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きい。この非水電解質電池は、セパレータの目詰まりを防止すると共に、自己放電を防ぐことができる。その結果、この非水電解質電池は、優れた寿命特性を示すことができ、自己放電を抑えることができる。 According to the first embodiment, a nonaqueous electrolyte battery is provided. In this non-aqueous electrolyte battery, the negative electrode has a Li storage potential of 1 V vs. The negative electrode active material which is more than Li / Li + is included. Moreover, the electrical resistance in the discharge state of a negative electrode exists in the range of 100 ohm * cm-100000 ohm * cm. Further, the separator has a pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more of greater than 70%. This nonaqueous electrolyte battery can prevent clogging of the separator and prevent self-discharge. As a result, this non-aqueous electrolyte battery can exhibit excellent life characteristics and suppress self-discharge.
(第2の実施形態)
第2の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第1の実施形態に係る非水電解質電池を含む。
(Second Embodiment)
According to the second embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
第2の実施形態に係る電池パックは、1個の非水電解質電池を備えてもよいし、複数個の非水電解質電池を備えてもよい。また、第2の実施形態に係る電池パックが複数の非水電解質電池を備える場合、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置することができるし、直列接続及び並列接続を組み合わせて配置することもできる。 The battery pack according to the second embodiment may include one nonaqueous electrolyte battery or a plurality of nonaqueous electrolyte batteries. Further, when the battery pack according to the second embodiment includes a plurality of nonaqueous electrolyte batteries, each single cell can be electrically connected in series or in parallel, and can be connected in series and parallel. It can also be arranged in combination.
次に、第2の実施形態に係る電池パックの一例を、図面を参照して説明する。 Next, an example of the battery pack according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
図3は、第2の実施形態に係る一例の電池パックの分解斜視図である。図4は、図3に示す電池パックの電気回路を示すブロック図である。 FIG. 3 is an exploded perspective view of an example battery pack according to the second embodiment. FIG. 4 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack shown in FIG.
図3及び図4に示す電池パック200は、図1及び図2に示した構造を有する複数個の扁平型電池100を含む。 The battery pack 200 shown in FIGS. 3 and 4 includes a plurality of flat batteries 100 having the structure shown in FIGS. 1 and 2.
複数個の単電池100は、外部に延出した負極外部端子4及び正極外部端子3が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ22で締結されており、それにより組電池23を構成している。これらの単電池100は、図4に示すように互いに電気的に直列に接続されている。 The plurality of single cells 100 are laminated so that the negative electrode external terminal 4 and the positive electrode external terminal 3 extending to the outside are aligned in the same direction, and are fastened with an adhesive tape 22, thereby forming an assembled battery 23. ing. These unit cells 100 are electrically connected to each other in series as shown in FIG.
プリント配線基板24が、複数の単電池100の負極外部端子4及び正極外部端子3が延出している側面に対向して配置されている。プリント配線基板24には、図4に示すように、サーミスタ25、保護回路26及び外部機器への通電用端子27が搭載されている。なお、プリント配線基板24の組電池23と対向する面には、組電池23の配線と不要な接続を回避するために絶縁板(図示せず)が取り付けられている。 The printed wiring board 24 is disposed so as to face the side surface where the negative electrode external terminals 4 and the positive electrode external terminals 3 of the plurality of single cells 100 extend. As shown in FIG. 4, a thermistor 25, a protection circuit 26, and a terminal 27 for energizing external devices are mounted on the printed wiring board 24. An insulating plate (not shown) is attached to the surface of the printed wiring board 24 facing the assembled battery 23 in order to avoid unnecessary connection with the wiring of the assembled battery 23.
組電池23の最下層に位置する単電池100の正極外部端子3に正極側リード28が接続されており、その先端はプリント配線基板24の正極側コネクタ29に挿入されて電気的に接続されている。組電池23の最上層に位置する単電池100の負極外部端子4に負極側リード30が接続されており、その先端はプリント配線基板24の負極側コネクタ31に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ29及び31は、プリント配線基板24に形成された配線32及び33をそれぞれ通して保護回路26に接続されている。 A positive electrode side lead 28 is connected to the positive electrode external terminal 3 of the unit cell 100 located in the lowermost layer of the assembled battery 23, and the tip thereof is inserted into the positive electrode side connector 29 of the printed wiring board 24 and electrically connected thereto. Yes. A negative electrode side lead 30 is connected to the negative electrode external terminal 4 of the unit cell 100 located in the uppermost layer of the assembled battery 23, and the tip thereof is inserted into and electrically connected to the negative electrode side connector 31 of the printed wiring board 24. Yes. These connectors 29 and 31 are connected to the protection circuit 26 through wirings 32 and 33 formed on the printed wiring board 24, respectively.
サーミスタ25は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路26に送信する。保護回路26は、所定の条件で保護回路26と外部機器への通電用端子27との間のプラス側配線34a及びマイナス側配線34bを遮断することができる。所定の条件の例は、例えばサーミスタ25から、単電池100の温度が所定温度以上であるとの信号を受信したときである。また、所定の条件の他の例は、単電池100の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池100又は単電池100全体について行われる。個々の単電池100を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。図3及び図4の電池パック200では、単電池100それぞれに電圧検出のための配線35が接続されており、これら配線35を通して検出信号が保護回路26に送信される。 The thermistor 25 detects the temperature of each of the unit cells 100 and transmits the detection signal to the protection circuit 26. The protection circuit 26 can cut off the plus side wiring 34a and the minus side wiring 34b between the protection circuit 26 and the energization terminal 27 to the external device under a predetermined condition. An example of the predetermined condition is when, for example, a signal is received from the thermistor 25 that the temperature of the unit cell 100 is equal to or higher than the predetermined temperature. Another example of the predetermined condition is when an overcharge, overdischarge, overcurrent, or the like of the unit cell 100 is detected. This detection of overcharge or the like is performed for each single cell 100 or the entire single cell 100. When detecting each single battery 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each unit cell 100. In the battery pack 200 of FIG. 3 and FIG. 4, a wiring 35 for voltage detection is connected to each single cell 100, and a detection signal is transmitted to the protection circuit 26 through these wirings 35.
正極外部端子3及び負極外部端子4が突出する側面を除く組電池23の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート36がそれぞれ配置されている。 Protective sheets 36 made of rubber or resin are disposed on the three side surfaces of the assembled battery 23 excluding the side surface from which the positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 protrude.
組電池23は、各保護シート36及びプリント配線基板24と共に収納容器37内に収納されている。すなわち、収納容器37の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート36が配置されており、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板24が配置されている。組電池23は、保護シート36及びプリント配線基板24で囲まれた空間内に位置する。蓋38は、収納容器37の上面に取り付けられている。 The assembled battery 23 is stored in a storage container 37 together with the protective sheets 36 and the printed wiring board 24. That is, the protective sheet 36 is disposed on both the inner side surface in the long side direction and the inner side surface in the short side direction of the storage container 37, and the printed wiring board 24 is disposed on the inner side surface on the opposite side in the short side direction. Yes. The assembled battery 23 is located in a space surrounded by the protective sheet 36 and the printed wiring board 24. The lid 38 is attached to the upper surface of the storage container 37.
なお、組電池23の固定には粘着テープ22に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮チューブを周回させた後、熱収縮チューブを熱収縮させて組電池を結束させる。 In addition, instead of the adhesive tape 22, a heat shrink tape may be used for fixing the assembled battery 23. In this case, protective sheets are arranged on both side surfaces of the assembled battery, the heat shrinkable tube is circulated, and then the heat shrinkable tube is thermally contracted to bind the assembled battery.
図3及び図4に示した電池パック200は複数の単電池100を直列接続した形態を有するが、第2の実施形態に係る電池パックは、電池容量を増大させるために、複数の単電池100を並列に接続してもよい。或いは、第2の実施形態に係る電池パックは、直列接続と並列接続とを組合せて接続された複数の単電池100を備えてもよい。組み上がった電池パック200をさらに直列又は並列に接続することもできる。 The battery pack 200 shown in FIGS. 3 and 4 has a configuration in which a plurality of unit cells 100 are connected in series. However, the battery pack according to the second embodiment has a plurality of unit cells 100 in order to increase the battery capacity. May be connected in parallel. Alternatively, the battery pack according to the second embodiment may include a plurality of single cells 100 connected in combination of series connection and parallel connection. The assembled battery pack 200 can be further connected in series or in parallel.
また、図3及び図4に示した電池パック200は複数の単電池100を備えているが、第2の実施形態に係る電池パックは1つの単電池100を備えるものでもよい。 3 and 4 includes a plurality of unit cells 100, the battery pack according to the second embodiment may include one unit cell 100.
また、電池パックの実施形態は用途により適宜変更される。本実施形態に係る電池パックは、大電流を取り出したときにサイクル特性が優れていることが要求される用途に好適に用いられる。具体的には、デジタルカメラの電源として、又は、例えば二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、及び、アシスト自転車の車載用電池として用いられる。特に、車載用電池として好適に用いられる。 Further, the embodiment of the battery pack is appropriately changed depending on the application. The battery pack according to the present embodiment is suitably used for applications that require excellent cycle characteristics when a large current is taken out. Specifically, it is used as a power source for a digital camera, or as an in-vehicle battery for, for example, a two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicle, a two-wheel to four-wheel electric vehicle, and an assist bicycle. In particular, it is suitably used as a vehicle-mounted battery.
第2の実施形態に係る電池パックは、第1の実施形態に係る非水電解質電池を含む。そのおかげで、第2の実施形態に係る電池パックは、優れた寿命特性を示すことができ、自己放電を抑えることができる。 The battery pack according to the second embodiment includes the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment. Thanks to this, the battery pack according to the second embodiment can exhibit excellent life characteristics and suppress self-discharge.
[実施例]
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、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものではない。
[Example]
Examples will be described below, but the present invention is not limited to the examples described below as long as the gist of the present invention is not exceeded.
(実施例1)
実施例1では、以下の手順により、図1及び図2に示す構造を有する非水電解質電池100を作製した。
Example 1
In Example 1, the nonaqueous electrolyte battery 100 having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was produced by the following procedure.
<正極6の作製>
正極活物質として、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2を準備した。また、導電剤として、グラファイト及びアセチレンブラックを準備した。そして、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。次に、正極活物質、グラファイト、アセチレンブラック及びPVdFを混合して混合物を得た。この際、グラファイトは、作製する正極全体に対して2.5重量%の割合になるように添加した。アセチレンブラックは、作製する正極全体に対して2.5重量%の割合になるように添加した。PVdFは、作製する正極全体に対して5重量%となるように添加した。次に、得られた混合物をn−メチルピロリドン(NMP)溶媒中に分散して、スラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔に単位面積当たりの塗布量が80g/m2になるように塗布し、乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスした。かくして、電極密度が3.0g/cm3である正極6を作製した。
<Preparation of positive electrode 6>
LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 was prepared as a positive electrode active material. In addition, graphite and acetylene black were prepared as conductive agents. Then, polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared as a binder. Next, a positive electrode active material, graphite, acetylene black, and PVdF were mixed to obtain a mixture. At this time, the graphite was added in a proportion of 2.5% by weight with respect to the entire positive electrode to be produced. Acetylene black was added at a ratio of 2.5% by weight based on the whole positive electrode to be produced. PVdF was added so that it might become 5 weight% with respect to the whole positive electrode to produce. Next, the obtained mixture was dispersed in an n-methylpyrrolidone (NMP) solvent to prepare a slurry. The obtained slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the coating amount per unit area was 80 g / m 2 and dried. Next, the dried coating film was pressed. Thus, a positive electrode 6 having an electrode density of 3.0 g / cm 3 was produced.
<負極7の作製>
負極活物質として、Li吸蔵電位が1.4V〜2.0V vs. Li/Li+の範囲内であり、比表面積が10m2/gであるスピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12を準備した。また、導電剤として比表面積が18m2/gであるグラファイトを準備した。そして、結着剤としてPVdFを準備した。次に、負極活物質、グラファイト、及びPVdFを混合して混合物を得た。この際、グラファイトは、作製する負極全体に対して5重量%になるように添加した。PVdFは、作製する負極全体に対して5重量%となるように添加した。次に、得られた混合物を、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に単位面積当たりの塗布量が120g/m2になるように塗布し、乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスして、集電体上に負極材料層を形成した。かくして、電極密度が2.1g/cm3である帯状の負極7を作製した。
<Preparation of negative electrode 7>
As a negative electrode active material, Li occlusion potential is 1.4 V to 2.0 V vs. A spinel type lithium titanium composite oxide Li 4 Ti 5 O 12 having a range of Li / Li + and a specific surface area of 10 m 2 / g was prepared. Moreover, the graphite whose specific surface area is 18 m < 2 > / g was prepared as a electrically conductive agent. And PVdF was prepared as a binder. Next, the negative electrode active material, graphite, and PVdF were mixed to obtain a mixture. At this time, graphite was added so as to be 5% by weight with respect to the whole negative electrode to be produced. PVdF was added so that it might become 5 weight% with respect to the whole negative electrode to produce. Next, a slurry was prepared by mixing the obtained mixture in an N-methylpyrrolidone (NMP) solution. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the coating amount per unit area was 120 g / m 2 and dried. Next, the dried coating film was pressed to form a negative electrode material layer on the current collector. Thus, a strip-shaped negative electrode 7 having an electrode density of 2.1 g / cm 3 was produced.
負極7において、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の比表面積Aが10m2/gであり、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の重量含有比率Bが90であり、グラファイトの比表面積Cが18m2/gであり、グラファイトの重量含有比率Dが5であった。すなわち、実施例1の負極7は、AB/CDの値が10であった。 In the negative electrode 7, the specific surface area A of the spinel type lithium titanium composite oxide is 10 m 2 / g, the weight content ratio B of the spinel type lithium titanium composite oxide is 90, and the specific surface area C of graphite is 18 m 2 / g. And the weight content ratio D of graphite was 5. That is, the negative electrode 7 of Example 1 had an AB / CD value of 10.
<非水電解質の調製>
33体積%のプロピレンカーボネート(PC)及び67体積%のジメチルカーボネート(DMC)からなる非水溶媒中に、1.0MのLiPF6を混合して溶解させて、非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
A non-aqueous electrolyte was prepared by mixing and dissolving 1.0 M LiPF 6 in a non-aqueous solvent consisting of 33% by volume propylene carbonate (PC) and 67% by volume dimethyl carbonate (DMC).
<電池の組み立て>
厚さが20μmのセルロース製不織布からなるセパレータ8を用意した。
<Battery assembly>
A separator 8 made of a cellulose nonwoven fabric having a thickness of 20 μm was prepared.
このセパレータ8に、先に調製した非水電解質を含浸させた。次いで、このセパレータ8で先に作製した正極6を覆い、次に、先に作製した負極7をセパレータ8を介して正極6と対向するように重ねて積層体を得た。この積層体を、渦巻状に捲回し、渦巻状の電極群5を作製した。この電極群5をプレスに供して、図2に示すような扁平状に成形した。 This separator 8 was impregnated with the previously prepared nonaqueous electrolyte. Next, the positive electrode 6 previously produced was covered with the separator 8, and then the negative electrode 7 produced previously was overlapped with the positive electrode 6 through the separator 8 to obtain a laminate. This laminated body was wound in a spiral shape to produce a spiral electrode group 5. This electrode group 5 was subjected to pressing and formed into a flat shape as shown in FIG.
この扁平状電極群5を、厚さ0.3mmのアルミニウムからなる缶形状の容器1に挿入して、蓋体2で封止した。このようにして、図1及び図2に示す、厚さ5mm、幅30mm、高さ25mm、重量100gの扁平型非水電解質電池100を作製した。 The flat electrode group 5 was inserted into a can-shaped container 1 made of aluminum having a thickness of 0.3 mm and sealed with a lid 2. In this way, a flat nonaqueous electrolyte battery 100 having a thickness of 5 mm, a width of 30 mm, a height of 25 mm, and a weight of 100 g shown in FIGS. 1 and 2 was produced.
<電池容量の測定>
得られた電池を25℃環境下で20mAで電池電圧が2.8Vに達するまで定電流で充電したのちに充電電流が5mAとなるまで定電圧で充電を行った。つづいて20mAで電池電圧が1.5Vに達するまで放電して電池容量を確認したところ得られた電池容量は250mAhであった。
<Measurement of battery capacity>
The obtained battery was charged at a constant current until the battery voltage reached 2.8 V at 20 mA in a 25 ° C. environment, and then charged at a constant voltage until the charging current reached 5 mA. Subsequently, when the battery capacity was confirmed by discharging until the battery voltage reached 1.5 V at 20 mA, the obtained battery capacity was 250 mAh.
<寿命特性評価>
得られた電池を、25℃環境にて電池電圧が2.0Vになるように調整したのちに1kHzにおける抵抗値を測定した。続いて、得られた電池に対して、60℃環境にて5Cの電流値で2.6Vで充電し5Cの電流値で1.8V放電するというサイクル試験を50000回実施し、環境温度を25℃に戻したのちに電池電圧が2.0Vとなるように調整してから、1kHzにおける抵抗値を測定した。
<Evaluation of life characteristics>
The obtained battery was adjusted so that the battery voltage was 2.0 V in a 25 ° C. environment, and then the resistance value at 1 kHz was measured. Subsequently, a cycle test of charging the obtained battery at 2.6 V with a current value of 5 C at a current value of 5 C and discharging 1.8 V at a current value of 5 C in a 60 ° C. environment was performed 50000 times, and the environmental temperature was 25. After returning to ° C., the battery voltage was adjusted to 2.0 V, and then the resistance value at 1 kHz was measured.
<自己放電評価>
得られた電池を、25℃環境下で20mAで電池電圧が1.5Vに達するまで放電したのちに、20mAで電池容量の半分まで、すなわち電池容量が125mAhの状態まで充電した。得られた電池を−20℃環境下で2週間放置して、つづいて環境温度を25℃に戻したのちに20mAで電池電圧が1.5Vに達するまで放電した時の電池容量を測定した。半充電容量から得られた電池容量を減じることで自己放電量を算出した。
<Self-discharge evaluation>
The obtained battery was discharged at 20 mA in a 25 ° C. environment until the battery voltage reached 1.5 V, and then charged at 20 mA to half the battery capacity, that is, the battery capacity was 125 mAh. The obtained battery was allowed to stand for 2 weeks in a −20 ° C. environment, and after returning the environmental temperature to 25 ° C., the battery capacity was measured when the battery was discharged at 20 mA until the battery voltage reached 1.5V. The amount of self-discharge was calculated by subtracting the battery capacity obtained from the half charge capacity.
<負極の放電状態における電気抵抗>
実施例1の非水電解質電池100が具備する負極7の放電状態における電気抵抗を、先に説明した方法により測定した。この負極7の放電状態における電気抵抗は、8000Ω・cmであった。
<Electric resistance in the discharge state of the negative electrode>
The electrical resistance in the discharge state of the negative electrode 7 included in the nonaqueous electrolyte battery 100 of Example 1 was measured by the method described above. The electrical resistance of the negative electrode 7 in the discharged state was 8000 Ω · cm.
<セパレータ8の細孔直径分布測定>
実施例1の非水電解質電池100が具備するセパレータ8の細孔直径分布測定を、先に説明したように水銀圧入法により行った。この細孔直径分布測定の結果得られた積算細孔体積頻度曲線を図5に示し、細孔直径分布曲線を図6に示す。なお、図5及び図6は、横軸を細孔直径(μm)の対数とした片対数グラフである。
<Measurement of pore diameter distribution of separator 8>
The pore diameter distribution measurement of the separator 8 included in the nonaqueous electrolyte battery 100 of Example 1 was performed by the mercury intrusion method as described above. The integrated pore volume frequency curve obtained as a result of this pore diameter distribution measurement is shown in FIG. 5, and the pore diameter distribution curve is shown in FIG. 5 and 6 are semilogarithmic graphs in which the horizontal axis is the logarithm of the pore diameter (μm).
図5に示す積算細孔体積頻度曲線から、実施例1の非水電解質電池100が具備するセパレータ8は、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が78%であることが分かった。また、図6に示す細孔径分布曲線から、セパレータ8のモード径が2.6μmであることが分かった。 From the cumulative pore volume frequency curve shown in FIG. 5, the separator 8 included in the nonaqueous electrolyte battery 100 of Example 1 has a pore volume ratio of 78% of pores having a pore diameter of 1 μm or more. I understood. Further, from the pore diameter distribution curve shown in FIG. 6, it was found that the mode diameter of the separator 8 was 2.6 μm.
(実施例2)
実施例2では、Li吸蔵電位が1.2V〜2.0V vs. Li/Li+の範囲内であるブロンズ型二酸化チタンTiO2(B)を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様の電池を作製した。負極7におけるTiO2(B)の重量含有比率は実施例1と同じとした。
(Example 2)
In Example 2, the Li storage potential is 1.2 V to 2.0 V vs. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that bronze-type titanium dioxide TiO 2 (B) in the range of Li / Li + was used as the negative electrode active material. The weight content ratio of TiO 2 (B) in the negative electrode 7 was the same as in Example 1.
(実施例3)
実施例3では、Li吸蔵電位が1.0V〜2.0V vs. Li/Li+の範囲内である単斜晶型ニオブチタン酸化物Nb2TiO7を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様の電池を作製した。負極7におけるNb2TiO7の重量含有比率は実施例1と同じとしたとした。
(Example 3)
In Example 3, the Li storage potential is 1.0 V to 2.0 V vs. A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that monoclinic niobium titanium oxide Nb 2 TiO 7 within the range of Li / Li + was used as the negative electrode active material. Weight content ratio of Nb 2 TiO 7 in the negative electrode 7 was the same as that of Example 1.
(実施例4及び5)
実施例4及び5では、セパレータを変更した以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Examples 4 and 5)
In Examples 4 and 5, non-aqueous electrolyte batteries were produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was changed.
(実施例6)
実施例6では、以下に示すようにして作製した負極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Example 6)
In Example 6, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode produced as described below was used.
負極活物質として、Li吸蔵電位が1.4V〜2.0V vs. Li/Li+以上であり、比表面積が10m2/gであるスピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12を準備した。また、導電剤として比表面積が18m2/gであるグラファイトを準備した。そして、結着剤としてPVdFを準備した。次に、負極活物質、グラファイト、及びPVdFを混合して混合物を得た。この際、グラファイトは、作製する負極全体に対して2.85重量%になるように添加した。PVdFは、作製する負極全体に対して5重量%となるように添加した。次に、得られた混合物を、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に単位面積当たりの塗布量が155g/m2になるように塗布し、乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスして、集電体上に負極材料層を形成した。かくして、電極密度が2.1g/cm3である帯状の負極を作製した。 As a negative electrode active material, Li occlusion potential is 1.4 V to 2.0 V vs. A spinel-type lithium-titanium composite oxide Li 4 Ti 5 O 12 having a surface area of Li / Li + or higher and a specific surface area of 10 m 2 / g was prepared. Moreover, the graphite whose specific surface area is 18 m < 2 > / g was prepared as a electrically conductive agent. And PVdF was prepared as a binder. Next, the negative electrode active material, graphite, and PVdF were mixed to obtain a mixture. At this time, graphite was added so as to be 2.85% by weight with respect to the whole negative electrode to be produced. PVdF was added so that it might become 5 weight% with respect to the whole negative electrode to produce. Next, a slurry was prepared by mixing the obtained mixture in an N-methylpyrrolidone (NMP) solution. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the coating amount per unit area was 155 g / m 2 and dried. Next, the dried coating film was pressed to form a negative electrode material layer on the current collector. Thus, a strip-shaped negative electrode having an electrode density of 2.1 g / cm 3 was produced.
負極7において、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の比表面積Aが10m2/gであり、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の重量含有比率Bが92.15であり、グラファイトの比表面積が18m2/gであり、グラファイトの重量含有比率Dが2.85であった。すなわち、実施例6の負極7は、AB/CDの値が18であった。 In the negative electrode 7, the specific surface area A of the spinel-type lithium-titanium composite oxide is 10 m 2 / g, the weight content ratio B of the spinel-type lithium-titanium composite oxide is 92.15, the specific surface area of graphite 18m 2 / g, and the weight content ratio D of graphite was 2.85. That is, the negative electrode 7 of Example 6 had an AB / CD value of 18.
(実施例7)
実施例7では、以下に示すようにして作製した負極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Example 7)
In Example 7, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode produced as described below was used.
負極活物質として、Li吸蔵電位が1.4V〜2.0V vs. Li/Li+以上であり、比表面積が10m2/gであるスピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12を準備した。また、導電剤として比表面積が18m2/gであるグラファイトを準備した。そして、結着剤としてPVdFを準備した。次に、負極活物質、グラファイト、及びPVdFを混合して混合物を得た。この際、グラファイトは、作製する負極全体に対して9.5重量%になるように添加した。PVdFは、作製する負極全体に対して5重量%となるように添加した。次に、得られた混合物を、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に単位面積当たりの塗布量が155g/m2になるように塗布し、乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスして、集電体上に負極材料層を形成した。かくして、電極密度が2.1g/cm3である帯状の負極を作製した。 As a negative electrode active material, Li occlusion potential is 1.4 V to 2.0 V vs. A spinel-type lithium-titanium composite oxide Li 4 Ti 5 O 12 having a surface area of Li / Li + or higher and a specific surface area of 10 m 2 / g was prepared. Moreover, the graphite whose specific surface area is 18 m < 2 > / g was prepared as a electrically conductive agent. And PVdF was prepared as a binder. Next, the negative electrode active material, graphite, and PVdF were mixed to obtain a mixture. At this time, graphite was added so as to be 9.5% by weight with respect to the entire negative electrode to be produced. PVdF was added so that it might become 5 weight% with respect to the whole negative electrode to produce. Next, a slurry was prepared by mixing the obtained mixture in an N-methylpyrrolidone (NMP) solution. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the coating amount per unit area was 155 g / m 2 and dried. Next, the dried coating film was pressed to form a negative electrode material layer on the current collector. Thus, a strip-shaped negative electrode having an electrode density of 2.1 g / cm 3 was produced.
負極7において、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の比表面積Aが10m2/gであり、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の重量含有比率Bが85.5であり、グラファイトの比表面積が18m2/gであり、グラファイトの重量含有比率Dが9.5であった。すなわち、実施例7の負極7は、AB/CDの値が5であった。 In the negative electrode 7, the specific surface area A of the spinel-type lithium-titanium composite oxide is 10 m 2 / g, the weight content ratio B of the spinel-type lithium-titanium composite oxide is 85.5, the specific surface area of graphite 18m 2 / g, and the weight content ratio D of graphite was 9.5. That is, the negative electrode 7 of Example 7 had an AB / CD value of 5.
(実施例8〜10)
実施例8〜10では、セパレータを変更した以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Examples 8 to 10)
In Examples 8 to 10, non-aqueous electrolyte batteries were produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was changed.
(比較例A)
比較例Aでは、セパレータを変更した以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example A)
In Comparative Example A, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was changed.
(比較例B)
比較例Bでは、以下に示すようにして作製した負極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example B)
In Comparative Example B, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode produced as described below was used.
負極活物質として、Li吸蔵電位が1.4V〜2.0V vs. Li/Li+の範囲内であり、比表面積が10m2/gであるスピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12を準備した。また、導電剤として比表面積が18m2/gであるグラファイトを準備した。そして、結着剤としてPVdFを準備した。次に、負極活物質、グラファイト、及びPVdFを混合して混合物を得た。この際、グラファイトは、作製する負極全体に対して15重量%になるように添加した。PVdFは、作製する負極全体に対して5重量%となるように添加した。次に、得られた混合物を、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に単位面積当たりの塗布量が155g/m2になるように塗布し、乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスして、集電体上に負極材料層を形成した。かくして、電極密度が2.1g/cm3である帯状の負極を作製した。 As a negative electrode active material, Li occlusion potential is 1.4 V to 2.0 V vs. A spinel type lithium titanium composite oxide Li 4 Ti 5 O 12 having a range of Li / Li + and a specific surface area of 10 m 2 / g was prepared. Moreover, the graphite whose specific surface area is 18 m < 2 > / g was prepared as a electrically conductive agent. And PVdF was prepared as a binder. Next, the negative electrode active material, graphite, and PVdF were mixed to obtain a mixture. At this time, the graphite was added so as to be 15% by weight with respect to the entire negative electrode to be produced. PVdF was added so that it might become 5 weight% with respect to the whole negative electrode to produce. Next, a slurry was prepared by mixing the obtained mixture in an N-methylpyrrolidone (NMP) solution. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the coating amount per unit area was 155 g / m 2 and dried. Next, the dried coating film was pressed to form a negative electrode material layer on the current collector. Thus, a strip-shaped negative electrode having an electrode density of 2.1 g / cm 3 was produced.
負極7において、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の比表面積Aが10m2/gであり、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の重量含有比率Bが80であり、グラファイトの比表面積が18m2/gであり、グラファイトの重量含有比率Dが15であった。すなわち、比較例Bの負極7は、AB/CDの値が3であった。 In the negative electrode 7, the specific surface area A of the spinel type lithium titanium composite oxide is 10 m 2 / g, the weight content ratio B of the spinel type lithium titanium composite oxide is 80, and the specific surface area of graphite is 18 m 2 / g. Yes, the weight content ratio D of the graphite was 15. That is, the negative electrode 7 of Comparative Example B had an AB / CD value of 3.
(比較例C)
比較例Cでは、以下に示すようにして作製した負極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example C)
In Comparative Example C, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode produced as described below was used.
負極活物質として、Li吸蔵電位がLi吸蔵電位が1.4V〜2.0V vs. Li/Li+の範囲内であり、比表面積が10m2/gであるリチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12を準備した。また、結着剤としてPVdFを準備した。次に、負極活物質及びPVdFを混合して混合物を得た。この際、PVdFは、作製する負極全体に対して5重量%となるように添加した。次に、得られた混合物を、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に単位面積当たりの塗布量が130g/m2になるように塗布し、乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスして、集電体上に負極材料層を形成した。かくして、電極密度が2.1g/cm3である帯状の負極を作製した。 As the negative electrode active material, the Li occlusion potential is 1.4 V to 2.0 V vs. Li occlusion potential. A lithium titanium composite oxide Li 4 Ti 5 O 12 having a range of Li / Li + and a specific surface area of 10 m 2 / g was prepared. Moreover, PVdF was prepared as a binder. Next, the negative electrode active material and PVdF were mixed to obtain a mixture. At this time, PVdF was added so as to be 5% by weight with respect to the entire negative electrode to be produced. Next, a slurry was prepared by mixing the obtained mixture in an N-methylpyrrolidone (NMP) solution. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the coating amount per unit area was 130 g / m 2 and dried. Next, the dried coating film was pressed to form a negative electrode material layer on the current collector. Thus, a strip-shaped negative electrode having an electrode density of 2.1 g / cm 3 was produced.
すなわち、比較例Cの非水電解質電池の負極は、導電剤を含んでいなかった。 That is, the negative electrode of the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example C did not contain a conductive agent.
(比較例D)
比較例Dでは、以下に示すようにして作製した負極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example D)
In Comparative Example D, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode produced as described below was used.
負極活物質として、Li吸蔵電位が0.01V〜0.9V vs. Li/Li+の範囲内であるグラファイトを準備した。また、結着剤としてPVdFを準備した。次に、負極活物質(グラファイト)及びPVdFを混合して混合物を得た。この際、PVdFは、作製する負極全体に対して5重量%となるように添加した。次に、得られた混合物を、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に単位面積当たりの塗布量が60g/m2になるように塗布し、乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスして、集電体上に負極材料層を形成した。かくして、電極密度が1.5g/cm3である帯状の負極7を作製した。 As a negative electrode active material, Li occlusion potential is 0.01 V to 0.9 V vs. A graphite in the range of Li / Li + was prepared. Moreover, PVdF was prepared as a binder. Next, the negative electrode active material (graphite) and PVdF were mixed to obtain a mixture. At this time, PVdF was added so as to be 5% by weight based on the whole negative electrode to be produced. Next, a slurry was prepared by mixing the obtained mixture in an N-methylpyrrolidone (NMP) solution. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the coating amount per unit area was 60 g / m 2 and dried. Next, the dried coating film was pressed to form a negative electrode material layer on the current collector. Thus, a strip-shaped negative electrode 7 having an electrode density of 1.5 g / cm 3 was produced.
得られた電池を25℃環境下で20mAで電池電圧が4.2Vに達するまで定電流で充電したのちに充電電流が5mAとなるまで定電圧で充電を行った。つづいて20mAで電池電圧が3.0Vに達するまで放電して電池容量を確認したところ得られた電池容量は250mAhであった。 The obtained battery was charged at a constant current until the battery voltage reached 4.2 V at 20 mA in a 25 ° C. environment, and then charged at a constant voltage until the charging current reached 5 mA. Subsequently, discharging was performed at 20 mA until the battery voltage reached 3.0 V, and the battery capacity was confirmed. The obtained battery capacity was 250 mAh.
(比較例E及びF)
比較例E及びFでは、セパレータを変更した以外は実施例2及び3とそれぞれ同様にして非水電解質電池を作製した。
(Comparative Examples E and F)
In Comparative Examples E and F, nonaqueous electrolyte batteries were produced in the same manner as in Examples 2 and 3 except that the separator was changed.
実施例2〜10及び比較例A〜Fの非水電解質電池に対して、実施例1と同様に、寿命特性評価、自己放電評価、負極の放電状態の抵抗の測定及びセパレータの細孔直径分布の測定を行った。その結果を、実施例1の結果と合わせて、以下の表1及び表2に示す。
表1の結果から、実施例1〜10の非水電解質電池100は、サイクル前に低い抵抗値を示すことができた共に、保管による自己放電及びサイクルによる抵抗上昇を抑えることができたことが分かる。 From the results shown in Table 1, the nonaqueous electrolyte batteries 100 of Examples 1 to 10 were able to exhibit a low resistance value before the cycle, and to suppress the self-discharge due to storage and the increase in resistance due to the cycle. I understand.
用いた負極活物質が異なる実施例1〜3の結果を比較すると、負極活物質が異なっていても、負極活物質のLi吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上であれば、保管による自己放電及びサイクルによる抵抗上昇を同様に抑えることができたことが分かる。 Comparing the results of Examples 1 to 3 in which the negative electrode active material used was different, even if the negative electrode active material was different, the Li storage potential of the negative electrode active material was 1 V vs. It can be seen that if Li / Li + or higher, self-discharge due to storage and resistance increase due to cycling could be similarly suppressed.
一方、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+未満であるグラファイトを負極活物質として用いた比較例Dは、実施例1〜3に比べて、保管による自己放電及びサイクルによる抵抗上昇が著しく大きかった。これは、比較例Dでは、負極の放電状態の抵抗が低いこととサイクルにより負極上にリチウムが析出したこととが原因であると思われる。 On the other hand, the Li storage potential is 1 V vs. In Comparative Example D using graphite that is less than Li / Li + as the negative electrode active material, the self-discharge due to storage and the increase in resistance due to cycling were significantly greater than in Examples 1-3. In Comparative Example D, this is probably due to the low resistance of the negative electrode in the discharge state and the deposition of lithium on the negative electrode due to the cycle.
また、用いたセパレータのみが異なる実施例1、4、5、及び8〜10、並びに比較例Aの結果を比較すると、比較例Aは、実施例1、4、5、及び8〜10と同様に自己放電を抑えることができたものの、サイクルによる抵抗値の上昇がこれらの実施例に比べて著しく大きかったことが分かる。これは、比較例Aでは、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%未満であったため、サイクルによりセパレータの細孔の目詰まりが生じたことが原因であると考えられる。更に、実施例2の結果と比較例Eの結果との比較、及び実施例3の結果と比較例Fの結果との比較から、負極活物質の種類が異なっても同様の傾向を確認することができた。 Moreover, when the results of Examples 1, 4, 5, and 8 to 10 and Comparative Example A, which are different only in the separator used, are compared, Comparative Example A is the same as Examples 1, 4, 5, and 8 to 10. It can be seen that although the self-discharge can be suppressed, the increase in the resistance value due to the cycle is significantly larger than those of these examples. In Comparative Example A, the pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more was less than 70%, which is considered to be caused by clogging of the separator pores due to the cycle. It is done. Furthermore, from the comparison between the result of Example 2 and the result of Comparative Example E, and the comparison of the result of Example 3 and the result of Comparative Example F, the same tendency should be confirmed even if the type of the negative electrode active material is different. I was able to.
負極の放電状態の抵抗が異なる実施例1、6及び7の結果の比較から、負極の放電状態の抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にあるこれらの実施例は、保管による自己放電及びサイクルによる抵抗上昇を同様に抑えることができたことが分かる。 From comparison of the results of Examples 1, 6 and 7 in which the discharge state resistance of the negative electrode is different, these examples in which the discharge state resistance of the negative electrode is in the range of 100 Ω · cm to 100000 Ω · cm are self-discharged by storage. It can also be seen that the increase in resistance due to the cycle could be similarly suppressed.
一方、負極の放電状態の抵抗が100Ω・cm未満であった比較例Bは、実施例1、6及び7に比べて、保管による自己放電量が著しく大きかった。これは、比較例Bは、負極の放電状態の抵抗が低過ぎたために、正極と負極とがセパレータの貫通孔部分で接触した際に起こる自己放電反応が進行してしまったことが原因であると考えられる。 On the other hand, Comparative Example B, in which the resistance of the negative electrode in the discharged state was less than 100 Ω · cm, had a significantly larger amount of self-discharge during storage than Examples 1, 6 and 7. This is because in Comparative Example B, since the resistance of the negative electrode in the discharge state was too low, the self-discharge reaction that occurred when the positive electrode and the negative electrode contacted each other at the through-hole portion of the separator had progressed. it is conceivable that.
また、負極の放電状態の抵抗が100000Ω・cmより高かった比較例Cは、実施例1、6及び7に比べて、抵抗値が著しく高かった。これは、比較例Cは、負極の放電状態の抵抗が高すぎたことが原因であると考えられる。比較例Cの電池は、このように抵抗が高かったために、出力特性に著しく劣っていた。 Moreover, the resistance value of the comparative example C in which the resistance of the negative electrode in the discharge state was higher than 100,000 Ω · cm was significantly higher than those of Examples 1, 6, and 7. This is considered to be because Comparative Example C had a too high resistance in the discharge state of the negative electrode. The battery of Comparative Example C was remarkably inferior in output characteristics due to such high resistance.
以上に説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る非水電解質電池は、負極が、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を含む。また、負極の放電状態における電気抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にある。更に、セパレータは、細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きい。この非水電解質電池は、セパレータの目詰まりを防止すると共に、自己放電を防ぐことができる。その結果、この非水電解質電池は、優れた寿命特性を示すことができ、自己放電を抑えることができる。 In the non-aqueous electrolyte battery according to at least one embodiment and example described above, the negative electrode has a Li storage potential of 1 V vs. The negative electrode active material which is more than Li / Li + is included. Moreover, the electrical resistance in the discharge state of a negative electrode exists in the range of 100 ohm * cm-100000 ohm * cm. Further, the separator has a pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more of greater than 70%. This nonaqueous electrolyte battery can prevent clogging of the separator and prevent self-discharge. As a result, this non-aqueous electrolyte battery can exhibit excellent life characteristics and suppress self-discharge.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、原出願の出願当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]正極と負極とその間に介在するセパレータと非水電解質を具備する非水電解質電池において、前記負極は、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を含み、放電状態における電気抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にあり、前記セパレータの水銀圧入法より得られる積算細孔体積頻度曲線から求められる細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きいことを特徴とする非水電解質電池。
[2]前記セパレータの水銀圧入法により得られる細孔直径分布曲線におけるモード径が、1〜20μmの範囲内にあることを特徴とする[1]に記載の非水電解質電池。
[3]前記セパレータの厚さが3〜25μmの範囲内であることを特徴とする[2]に記載の非水電解質電池。
[4]前記負極活物質は、Li4+xTi5O12(0≦x≦3)を含むことを特徴とする[2]に記載の非水電解質電池。
[5][1]に記載の非水電解質電池を含むことを特徴とする電池パック。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
The invention described in the scope of the claims at the beginning of the filing of the original application is added below.
[1] In a nonaqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and a nonaqueous electrolyte, the negative electrode has a Li storage potential of 1 V vs. It includes a negative electrode active material that is Li / Li + or more, has an electric resistance in a discharged state within a range of 100 Ω · cm to 100,000 Ω · cm, and is obtained from an integrated pore volume frequency curve obtained by a mercury intrusion method of the separator. A nonaqueous electrolyte battery, wherein a pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more is greater than 70%.
[2] The nonaqueous electrolyte battery according to [1], wherein a mode diameter in a pore diameter distribution curve obtained by a mercury intrusion method of the separator is in a range of 1 to 20 μm.
[3] The nonaqueous electrolyte battery according to [2], wherein the separator has a thickness in the range of 3 to 25 μm.
[4] The nonaqueous electrolyte battery according to [2], wherein the negative electrode active material contains Li 4 + x Ti 5 O 12 (0 ≦ x ≦ 3).
[5] A battery pack comprising the nonaqueous electrolyte battery according to [1].
100…非水電解質電池、1…外装缶、2…蓋体、3…正極外部端子、4…負極外部端子、5…電極群、6…正極、6a…正極集電タブ、6b…正極材料層(正極活物質含有層)、7…負極、7a…負極集電タブ、7b…負極材料層(負極活物質含有層)、8…セパレータ、9…挟持部材、9a…第1の挟持部、9b…第2の挟持部、9c…連結部、10…正極リード、10a…支持板、10b…貫通孔、10c及び10d…集電部、11…負極リード、11a…支持板、11b…貫通孔、11c及び11d…集電部、12…絶縁ガスケット、200…電池パック、22…粘着テープ、23…組電池、24…プリント配線基板、25…サーミスタ、26…保護回路、27…通電用端子、28…正極側リード、29…正極側コネクタ、30…負極側リード、31…負極側コネクタ、32及び33…配線、34a…プラス側配線、34b…マイナス側配線、35…電圧検出のための配線、36…保護シート、37…収納容器、38…蓋。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Nonaqueous electrolyte battery, 1 ... Exterior can, 2 ... Cover body, 3 ... Positive electrode external terminal, 4 ... Negative electrode external terminal, 5 ... Electrode group, 6 ... Positive electrode, 6a ... Positive electrode current collection tab, 6b ... Positive electrode material layer (Positive electrode active material containing layer), 7 ... negative electrode, 7a ... negative electrode current collecting tab, 7b ... negative electrode material layer (negative electrode active material containing layer), 8 ... separator, 9 ... clamping member, 9a ... first clamping part, 9b 2nd clamping part, 9c ... Connecting part, 10 ... Positive electrode lead, 10a ... Support plate, 10b ... Through hole, 10c and 10d ... Current collecting part, 11 ... Negative electrode lead, 11a ... Support plate, 11b ... Through hole, 11c and 11d ... current collector, 12 ... insulating gasket, 200 ... battery pack, 22 ... adhesive tape, 23 ... assembled battery, 24 ... printed circuit board, 25 ... thermistor, 26 ... protection circuit, 27 ... terminal for energization, 28 ... positive electrode side lead, 29 ... positive electrode side connector, 30 ... negative Side lead, 31 ... negative electrode side connector, 32 and 33 ... wiring, 34a ... positive-side wiring, 34b ... minus side wiring, 35 ... wiring for voltage detection, 36 ... protection sheet, 37 ... container, 38 ... lid.
Claims (5)
前記負極は、Li吸蔵電位が1V vs. Li/Li+以上である負極活物質を含み、放電した状態における負極の電気抵抗が100Ω・cm〜100000Ω・cmの範囲内にあり、
前記セパレータの水銀圧入法より得られる積算細孔体積頻度曲線から求められる細孔直径が1μm以上である細孔の細孔体積比率が70%より大きく、
前記セパレータの水銀圧入法により得られる細孔直径分布曲線が、1.1〜7.8μmの範囲内にモード径を有する非水電解質電池。 In a nonaqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between them and a nonaqueous electrolyte,
The negative electrode has a Li storage potential of 1 V vs. Including a negative electrode active material that is greater than or equal to Li / Li + , and the electrical resistance of the negative electrode in a discharged state is in the range of 100 Ω · cm to 100,000 Ω · cm,
The pore volume ratio of pores having a pore diameter of 1 μm or more determined from an integrated pore volume frequency curve obtained from the mercury intrusion method of the separator is greater than 70%,
A nonaqueous electrolyte battery in which a pore diameter distribution curve obtained by a mercury intrusion method of the separator has a mode diameter in a range of 1.1 to 7.8 μm.
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