JP6606144B2 - 非水電解質電池用電極群 - Google Patents
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Description
(第一の実施形態)
発明者らは、LixNi1-a-bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)を含む正極活物質を含有する正極と、水銀圧入法による細孔径分布からの細孔体積が0.9〜3cm3/gの範囲内で、ガーレー法による透気度(JIS−P−8117)が2〜15sec/100mlの範囲内で、かつポリエステルを含むセパレータとを用いると、非水電解質電池の寿命特性が改善されることを見出した。
また、セパレータはポリエステルのみで形成されるものであってもいいが、ポリエステル以外にセルロース、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド及びポリビニルアルコールよりなる群から選ばれる少なくとも1種類のポリマーを含むことが好ましい。これは、ポリエステルが加水分解された場合においてもそれ以外の成分によってセパレータとしての形状を維持しやすいことで電池性能への悪影響を及ぼしにくいからである。
D=−4γcosθ/P (B)式
ここで、Pは加える圧力、Dは細孔直径、γは水銀の表面張力(480dyne・cm-1)、θは水銀と細孔壁面の接触角で140°である。γ、θは定数であるからWashburnの式より、加えた圧力Pと細孔直径Dの関係が求められ、そのときの水銀侵入体積を測定することにより、細孔直径とその体積分布を導くことができる。測定法・原理等の詳細は、非特許文献1(神保元ニら:「微粒子ハンドブック」朝倉書店(1991年))、非特許文献2(早川宗八郎編:「粉体物性測定法」朝倉書店(1973年))などを参照されたい。
パレータと、非水電解質とを具備する。
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。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。金属箔としては銅箔、アルミニウム箔といったものが挙げられる。アルミニウム箔の場合、99重量%以上の純度を有することが好ましい。合金箔としてはステンレス箔、アルミニウム合金箔といったものが挙げられる。アルミニウム合金箔中のアルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素を含むことが好ましい。合金成分中の鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は1重量%以下にすることが好ましい。
正極活物質は、LixNi1-a-bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)を含む。正極活物質は、この酸化物のみであっても、他の種類の活物質を含んでいても良い。
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。
セパレータは、材料としてポリエステルを含んでいる。セパレータの材料は、ポリエステルのみであってもよく、あるいはポリエステルとポリエステル以外の材料との2種類以上を組み合わせて用いてもよい。ポリエステル以外の材料として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、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン及びビニロンよりなる群から選ばれる少なくとも1種類のポリマーを挙げることができる。ポリエステル以外の材料のうち好ましいのは、セルロース、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルアルコールである。
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、樹脂製容器を用いてもよい。樹脂製容器を形成する材料の例に、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、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、フッ素系樹脂等が含まれる。
負極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiよりなる群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。
正極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiよりなる群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。
(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、非水電解質電池を含む電池パックが提供される。非水電解質電池には、第1の実施形態に係る非水電解質電池が使用される。電池パックに含まれる非水電解質電池(単電池)の数は、1個または複数にすることができる。複数の単電池を備える場合、各単電池は電気的に直列もしくは並列に接続されている。
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。
(実施例A1)
<正極の作製>
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、正極材料層の目付量が80g/m2で、密度が3g/cm3である正極を作製した。
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Li4Ti5O12を準備した。また、導電剤として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3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2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、負極材料層の目付量が120g/m2で、密度が2.1g/cm3である帯状の負極を作製した。
33体積%のエチレンカーボネート(EC)及び67体積%のジエチルカーボネート(DEC)からなる非水溶媒中に、1MのLiPF6を混合して溶解させて、非水電解質として非水電解液を調製した。
厚さが20μmのポリエステルの不織布からなるセパレータを用意した。このセパレータの水銀圧入法による細孔径分布測定における細孔体積を前述の方法で求めたところ、1.5cm3/gであり、ガーレー法による透気度(JIS−P−8117)は8sec/100mlであった。
セパレータの材質、厚さ、水銀圧入法による細孔径分布測定における細孔体積、ガーレー法による透気度、電解液組成、電池中の水分吸着剤の有無、正極の構成を表1〜表4に示すものを用いた以外が実施例A1と同様の二次電池を作製した。
セパレータの材質、厚さ、水銀圧入法による細孔径分布測定における細孔体積、ガーレー法による透気度、電解液組成、電池中の水分吸着剤の有無、正極の構成及び負極の構成を表5〜表8に示すものを用いた以外が実施例A1と同様の二次電池を作製した。
以下に、原出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] LixNi1-a-bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)を含む正極活物質を含有する正極と、
負極と、
前記正極と前記負極の間に配置され、水銀圧入法による細孔径分布における細孔体積が0.9cm3/g以上3cm3/g以下の範囲内で、ガーレー法による透気度(JIS−P−8117)が2sec/100ml以上15sec/100ml以下の範囲内で、かつポリエステルを含むセパレータと、
非水電解質と
を含む、非水電解質電池。
[2] 前記セパレータは、セルロース、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド及びポリビニルアルコールよりなる群から選ばれる少なくとも1種類のポリマーを含む、[1]に記載の非水電解質電池。
[3] 前記セパレータの厚さが3μm以上25μm以下の範囲内である、[2]に記載の非水電解質電池。
[4] モレキュラーシーブ、シリカゲル及びアルミナよりなる群から選ばれる少なくとも一種類の水分吸着剤をさらに含む、[2]に記載の非水電解質電池。
[5] 前記非水電解質は水分捕捉剤を含む、[2]に記載の非水電解質電池。
[6] 前記負極は、スピネル型のチタン含有酸化物、アナターゼ型のチタン含有酸化物、ルチル型のチタン含有酸化物及びブロンズ型のチタン含有酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む、[2]に記載の非水電解質電池。
[7] 前記負極は、スピネル型のチタン含有酸化物、アナターゼ型のチタン含有酸化物、ルチル型のチタン含有酸化物、ブロンズ型のチタン含有酸化物、斜方晶型チタン含有酸化物及び単斜晶型ニオブチタン含有酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む、[2]に記載の非水電解質電池。
[8] [1]〜[7]のいずれかに記載の非水電解質電池を含む電池パック。
Claims (4)
- LixNi1-a-bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)を含む正極活物質を含有する正極と、 負極と、
前記正極と前記負極の間に配置され、水銀圧入法による細孔径分布における細孔体積が0.9cm3/g以上3cm3/g以下の範囲内で、ガーレー法による透気度(JIS−P−8117)が2sec/100ml以上15sec/100ml以下の範囲内で、かつポリエステルを含むセパレータと、
を含む、非水電解質電池用電極群。 - 前記セパレータは、セルロース、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド及びポリビニルアルコールよりなる群から選ばれる少なくとも1種類のポリマーを含む、請求項1に記載の非水電解質電池用電極群。
- 前記セパレータの厚さが3μm以上25μm以下の範囲内である、請求項1又は2に記載の非水電解質電池用電極群。
- 前記負極は、スピネル型のチタン含有酸化物、アナターゼ型のチタン含有酸化物、ルチル型のチタン含有酸化物、ブロンズ型のチタン含有酸化物、斜方晶型チタン含有酸化物及び単斜晶型ニオブチタン含有酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質電池用電極群。
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