JP6663431B2 - 電気化学エネルギー貯蔵装置 - Google Patents
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Description
1.本発明の接着材の粘着性層は、保護層が全部又は部分的に溶解又は膨潤し、電解液に分散して除去されるまで、パッケージシェルと粘着することはない。これにより、接着材の両面の粘着性によりバッテリーセルをシェルに入れ難いという問題を回避することができる。
2.本発明に係る接着材の保護層は極性分子であり、メッシュ状の構造を形成し易いため、電気化学エネルギー貯蔵装置における過剰な電解液を吸収し、液体溢れの現象を改善することができると共に、長期サイクルした後、電気化学エネルギー貯蔵装置における電解液が分解により徐々に減少し、その時、保護層に吸収された電解液は濃度差により電気化学エネルギー貯蔵装置に徐々に放出されることで、電気化学エネルギー貯蔵装置の長期サイクル性能を改善することができる。
3.本発明の接着材の保護層は、全部又は部分的に溶解又は膨潤して、電解液に分散することにより、粘着性を有してもよく、また、電解液と共に電気化学エネルギー貯蔵装置の内部に拡散し、セパレータを極シートと粘着させ、電気化学エネルギー貯蔵装置の落下後にセパレータが収縮することを防止することができると共に、極シートの長期サイクル後の膨張による変形を一定な程度で抑制することができる。
4.本発明の保護層は分子極性が大きく、リチウム塩のイオン化に有利であるため、電解液のイオン伝導性能を向上させ、電気化学エネルギー貯蔵装置の高倍率の充放電性能を発揮することに有利である。
LiCoO2、導電性カーボン、ポリフッ化ビニリデンを96:1:3の重量比でN-メチルピロリドンに分散させて正極スラリーを調製した後、塗布及び圧密により厚さ100μmの正極シートを調製した。
グラファイト、導電性カーボン、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、スチレン-ブタジエンゴムを97:1:1:1の重量比で脱イオン水に分散させて負極スラリーを調製した後、塗布及び圧密により厚さ90μmの負極シートを調製した。
EC、PC、DEC、EMCを20:20:50:10の重量比で非水性有機溶媒に調製し、1mol/LのLiPF6をリチウム塩として添加して、電解液の調製を完了した。
調製された正極シート、PPセパレータ及び負極シートを順次に巻取り、厚さ3.5mm、幅48mm、長さ80mmの巻回型バッテリーセルを調製した。
接着材は長さが75mmであり、幅が8mmである。
粘着性層は、ポリブテン(PB)とテルペン樹脂との混合物であり、厚さが20μmである。
保護層はPVDFであり、厚さが3μmである。
接着材の粘着性層を巻回型バッテリーセルの終了部に直接的に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、60℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
保護層はPVDFであり、厚さが20μmである。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
保護層はFPPであり、厚さが3μmである。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
保護層はFPBIであり、厚さが3μmである。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
1)接着材
接着材は、長さが75mmであり、幅が8mmである。
粘着性層は、ポリブテン(PB)とテルペン樹脂との混合物であり、厚さが20μmである。
保護層はFPBIであり、厚さが3μmである。
緑色粘着テープは、長さが75mmで、幅が8mmである。緑色粘着テープは、ポリエチレンテレフタレート(PET)を基材として、アクリル樹脂接着剤を接着剤とした。アクリル樹脂接着剤は、ポリエチレンテレフタレート(PET)の一方の面に塗布された。ポリエチレンテレフタレート(PET)は厚さが7μmであり、アクリル樹脂接着剤は厚さが8μmである。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部の反対面に接着し、バッテリーセルの終了部に1枚の条状の緑色粘着テープを接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、60℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、25℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの外面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
粘着性層は、SISとテルペン樹脂との混合物であり、厚さが20μmである。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、85℃で、セルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの外面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
粘着性層は、SISとテルペン樹脂との混合物であり、粘着性層にさらにAl2O3無機添加剤を添加した。粘着性層は厚さが40μmである。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、25℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に0.2MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、25℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に0.6MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、25℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に0.8MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
接着材は、長さが75mmであり、幅が11mmである。
粘着性層は、ポリブテン(PB)と石油樹脂との混合物であり、厚さが10μmである。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、60℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1.5MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
接着材は、長さが75mmであり、幅が11mmである。
粘着性層は、SEBSとポリスチレン(PS)との混合物であり、厚さが30μmである。
保護層はPVDFであり、厚さが5μmである。
接着材の粘着性層を直接的に巻回型バッテリーセルの終了部に接着し、その後、パッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、85℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
調製された正極シート、PPセパレータ及び負極シートを順次に重ねて、厚さ3.5mm、幅48mm、長さ80mmの積層型バッテリーセルを調製した。
粘着性層は、ポリイソプレン(PI)とナフテン油との混合物であり、厚さが20μmである。
接着材を直接的に積層型バッテリーセルの表面に接着し、その後、接着材が接着されているバッテリーセルをパッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、70℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
1)第1の接着材
接着材は長さが75mmで、幅が8mmである。
粘着性層は、ポリイソプレン(PI)とナフテン油との混合物であり、厚さが20μmである。
保護層はPVDFであり、厚さが3μmである。
接着材は長さが30mmで、幅が8mmである。
粘着性層は、ポリイソプレン(PI)とナフテン油との混合物であり、厚さが20μmである。
保護層はPVDFであり、厚さが3μmである。
粘着紙は、長さ75mm、幅8mmの緑色粘着テープであり、緑色粘着テープは、ポリエチレンテレフタレート(PET)を基材として、アクリル樹脂接着剤を接着剤とした。アクリル樹脂接着剤は、ポリエチレンテレフタレート(PET)の一方の面に塗布された。ポリエチレンテレフタレート(PET)は厚さが7μmであり、アクリル樹脂接着剤は厚さが8μmである。
粘着紙を巻回型バッテリーセルの終了部の表面に接着し、その後、第1の接着材の粘着性層をバッテリーセルにおける終了部に対応する緑色粘着テープに粘着させ、バッテリーセルの幅方向に直交し且つバッテリーセルを迂回する底部位置に2枚の条状の巻回型第2の接着材を接着し、バッテリーセルの幅方向に直交し且つバッテリーセルを迂回する頂部位置に1枚の条状の巻回型の第2の接着材を接着し、その後、接着材が接着されているバッテリーセルをパッケージシェル内に入れ、電解液を注入し、その後、70℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
下記の異なる点を除き、実施例1と同じ方法に従い、リチウムイオン二次電池を調製した。
接着材は、アクリル樹脂の両面接着材であり、長さが75mmで、幅が11mmで、厚さが20μmである。アクリル樹脂の両面接着材は、ポリエチレンテレフタレート(PET)を基材として、アクリル樹脂接着剤を接着剤とした。アクリル樹脂接着剤は、ポリエチレンテレフタレート(PET)の両面に塗布された。ポリエチレンテレフタレート(PET)は厚さが6μmであり、アクリル樹脂接着剤は厚さが7μmである。
接着剤が接着されているバッテリーセルをパッケージシェル内に入れ、電解液を注入した後、25℃で、バッテリーセルにおける接着材が接着されている位置に対応するパッケージシェルの外面に1MPaの表面圧力を加えることで、粘着性層の接着面をパッケージシェルの内面と粘着させ、リチウムイオン二次電池の調製を完了した。
リチウムイオン二次電池を両面接着材により落下試験治具に固定し、リチウムイオン二次電池の初期電圧を測定してその初期電圧をV0と表記し、治具の六つの面を順次に1、2、3、4、5、6の番号を付け、治具の四隅を順次にC1、C2、C3、C4の番号を付ける。
(1)落下過程における電圧降下ΔV=V0−V1を記録した。
(2)リチウムイオン二次電池のパッケージシェルが破損したか否か、又はトップシールが突き破ったか否かを確認した。
(3)リチウムイオン二次電池を解体し、バッテリーセルのタブが断裂したか否かを確認した。
(4)リチウムイオン二次電池を解体し、バッテリーセルの幅方向における両側のセパレータが変位したか否か、又はしわが生じたか否かを確認した。
(5)リチウムイオン二次電池を解体し、正極シートと負極シートの接触による内部短絡があったか否かを確認した。
(6)溢れた接着剤の最大幅の測定
落下したリチウムイオン二次電池のサンプルを解体し、パッケージシェルを除去した後、バッテリーセルにおける接着材が接着されている側の溢れた接着剤の最大幅を直定規により測定し、バッテリーセルの長さ方向において10個の数値を記録し、平均値を取った。
リチウムイオン二次電池を25℃での恒温箱に設置し、電圧が4.35Vになるまでに0.5Cの倍率で、定電流で充電し、その後、電流が0.025Cになるまでに4.35Vの定電圧で充電し、3分間静置した後、電圧が3.0Vになるまでに0.5Cの定電流で放電することを1つの充放電サイクル過程として、上記のような充放電サイクル過程を800回繰り返し、短絡の発生があったか否かを観察した。50個を一つのグループとしてリチウムイオン二次電池を測定し、その後、リチウムイオン二次電池の合格率を計算した。
サイクル前のリチウムイオン二次電池の初期厚さを厚度計により測定してその初期厚さをD1と表記し、800回繰り返した後の厚さをD2と表記し、D2/D1−1は、リチウムイオン二次電池の変形率を示すことができ、ここで、変形率<8%であれば、リチウムイオン二次電池は変形していないと見なすことができる。その場合、リチウムイオン二次電池が変形していない合格率を計算した。
リチウムイオン二次電池を25℃での恒温箱に設置し、電圧が4.35Vになるまでに0.7Cの倍率で、定電流で充電し、その後、電流が0.025Cになるまでに4.35Vの定電圧で充電し、3分間静置した後、電圧が3.0Vになるまでに1Cの定電流で放電することを1つの充放電サイクル過程として、リチウムイオン二次電池の容量<80%に減衰するまでにサイクルを繰り返し、サイクル回数を記録した。
リチウムイオン二次電池を化成し、排気した後、リチウムイオン二次電池の外見に明らかな電解液の液体溢れ状況があったか否かを目視で観察し、液体溢れなしのリチウムイオン二次電池の数をP0として、確認したリチウムイオン二次電池の合計数をPとして、リチウムイオン二次電池の液体溢れなしの合格率をP0/Pとして記録した。
Claims (18)
- 正極シート、負極シート、及び正極シートと負極シートとの間に介在するセパレータを備えるバッテリーセル(1)、
バッテリーセル(1)を含浸する電解液、並びに
バッテリーセル(1)を封入し電解液を収納するパッケージシェル(2)、を備える電気化学エネルギー貯蔵装置であって、
バッテリーセル(1)とパッケージシェル(2)との間に位置する接着材(3)をさらに備え、
前記接着材(3)は、
直接的に又は間接的にバッテリーセル(1)の外面に粘着して設けられ、且つ、バッテリーセル(1)から遠い面が接着面である粘着性層(31)と、
粘着性層(31)の接着面に設けられた保護層(32)と、を備え、
保護層(32)は全部又は部分的に溶解又は膨潤して電解液に分散することで、粘着性層(31)の接着面を露出させ、さらに、粘着性層(31)によりバッテリーセル(1)とパッケージシェル(2)が粘着され、
保護層(32)は極性を有するフッ素含有ポリオレフィン又は極性を有するフッ素含有ポリエステルのみからなる電気化学エネルギー貯蔵装置。 - 前記極性を有するフッ素含有ポリオレフィンは、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリル酸変性ポリフッ化ビニリデン、フッ素含有ポリプロピレン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、テトラフルオロエチレンと炭化水素アクリルとのコポリマー、フルオロオレフィン−ビニルエーテルコポリマー、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、及びテトラプロピルフルオロゴムからなる群より選ばれる1種又は複数種であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 前記極性を有するフッ素含有ポリエステルは、フッ素含有線状ポリブチレンイソフタレート、フッ素含有線状ポリブチレンテレフタレート、末端ヒドロキシルフッ素含有ポリエステルポリシロキサン、及びフッ素含有ポリヒドロキシ超分岐ポリエステルからなる群より選ばれる1種又は複数種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 粘着性層(31)は、感温性接着剤及び感圧接着剤からなる群より選ばれる1種又は複数種であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 前記感温性接着剤は、テルペン樹脂、石油樹脂、ナフテン油、ポリオレフィン、ポリビニルブチラール、ポリアミド類、エチレン-酢酸ビニルコポリマー、スチレン-イソプレン-スチレンブロックコポリマー、及びポリエステルからなる群より選ばれる1種又は複数種であり、前記ナフテン油は単独で使用できないことを特徴とする請求項4に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 前記感圧接着剤は、エチレン-ブチレン-ポリスチレン線状トリブロックコポリマー、スチレン-ブタジエンブロックコポリマー、エポキシ化スチレン-イソプレン-スチレンブロックコポリマー、アクリル樹脂接着剤、熱硬化性ポリウレタン接着剤、シリコーン接着剤、天然ゴム、及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種又は複数種であることを特徴とする請求項4又は5に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 粘着性層(31)は流動性を有することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 粘着性層(31)はさらに、無機添加剤を含むことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 前記無機添加剤は、Al2O3及びSiO2からなる群より選ばれる1種又は複数種であることを特徴とする請求項8に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 電気化学エネルギー貯蔵装置であって、さらに、バッテリーセル(1)と接着材(3)との間に位置し、片面又は両面に粘着性を有する粘着紙(4)を備え、接着材(3)が間接的にバッテリーセル(1)の外面に粘着して設けられるように、前記粘着紙(4)は、接着面がバッテリーセル(1)の外面に粘着して設けられ、他方の面が接着材(3)に粘着して接続されていることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 粘着紙(4)の基材は、ポリエチレンテレフタレート、配向ポリプロピレン及びポリイミドからなる群より選ばれる1種又は複数種であることを特徴とする請求項10に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 粘着紙(4)の接着剤は、アクリル樹脂接着剤、熱硬化性ポリウレタン接着剤、シリコーン接着剤、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種又は複数種であることを特徴とする請求項10又は11に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 粘着紙(4)の厚さは3μm〜20μmであることを特徴とする請求項10〜12の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 粘着性層(31)の厚さは3μm〜40μmであることを特徴とする請求項1〜13の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 保護層(32)の厚さは2μm〜20μmであることを特徴とする請求項1〜14の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- 前記電気化学エネルギー貯蔵装置は、リチウムイオン二次電池、及びスーパーコンデンサからなる群より選ばれる1種であることを特徴とする請求項1〜15の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- バッテリーセル(1)は、巻回型バッテリーセル、積層型バッテリーセル又は積層・巻回型バッテリーセルであることを特徴とする請求項1〜16の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
- パッケージシェル(2)は、軟パッケージシェル又は硬パッケージシェルであることを特徴とする請求項1〜17の何れか1項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
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