JP6819571B2 - セパレータ、その製造方法、およびそれを用いたリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
本発明に係るセパレータは、基材の少なくとも片面に、支持塩の分解物層を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用セパレータである。
空孔率(%)=[1−(嵩密度ρ(g/cm3)/材料の理論密度ρ0(g/cm3))]×100
として算出することができる。また、電子顕微鏡による直接観察法、水銀ポロシメータによる圧入法等により測定することもできる。
負極は、金属箔で形成される負極集電体と、負極集電体の両面に塗工された負極活物質とを有する。負極活物質は負極用結着材によって負極集電体を覆うように結着される。負極集電体は、負極端子と接続する延長部を有して形成され、この延長部には負極活物質は塗工されない。
正極は、金属箔で形成される正極集電体と、正極集電体の両面に塗工された正極活物質とを有する。正極活物質は正極用結着剤によって正極集電体を覆うように結着される。正極集電体は、正極端子と接続する延長部を有して形成され、この延長部には正極活物質は塗工されない。
(但し、0≦x<1、0<y≦1.2、MはCo、Al、Mn、Fe、Ti及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である。)
本実施形態で用いる電解液は、支持塩(リチウム塩)と、この支持塩を溶解する非水溶媒を含む非水電解液を用いることができる。
基またはフルオロアルキレン基であることがより好ましい。
外装体としては、電解液に安定で、かつ十分な水蒸気バリア性を持つものであれば、適宜選択することができる。例えば、積層ラミネート型の二次電池の場合、外装体としては、アルミニウムと樹脂のラミネートフィルムを用いることが好ましい。外装体は、単一の部材で構成してもよいし、複数の部材を組み合わせて構成してもよい。
基材には、厚さ25μm、空孔率70%のアラミド不織布膜を用いて、以下に示すような電池を作製した。
LiNi0.8Co0.15Al0.05と、炭素導電剤(アセチレンブラック)と、結着材としてポリフッ化ビニリデンとを重量比92:4:4でN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリーを作製し、アルミニウムによる集電箔に塗布、乾燥して正極活物質層を形成した。同様にしてアルミニウムによる集電箔の裏面にも活物質層を形成したあと、圧延して正極電極板を得た。
天然黒鉛と、増粘剤のカルボキシメチルメチルセルロースナトリウムと、結着材のスチレンブタジエンゴムとを、重量比98:1:1で水溶液中に混合してスラリーを作製し、銅による集電箔に塗布、乾燥して負極活物質層を形成した。同様にして、銅による集電箔の裏面にも活物質層を形成したあと、圧延して負極電極板を得た。
電解液の非水溶媒には、ECとDECを、体積比30:70で混合した非水溶媒を用いた。支持塩として、1Mの濃度になるようにLiPF6を溶解した。さらに、化合物(2−1)、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートを1重量%ずつ添加した。
正極電極板と負極電極板を、セパレータの基材を介して積層し、電極体を作製した。積層した正極板と負極板それぞれに電流取り出し端子を接続し、アルミニウムと樹脂のラミネートフィルム外装体に、収容した。電解液を外装体内に注入した後、外装体を減圧封止して電池とした。セルの初回充電容量が100mAhになるように電極体のサイズを調整した。
一つ目の電池を30mAで充電したところ、3.8Vで電圧が一時的に低下した。二つ目の電池は、同様の電流値で3.8Vに到達するまで充電を行った。その後、2.5Vに到達するまで、100mAで放電を行い、基材上にLi塩の分解物層を形成した。この二つ目のセルを用いて以下の測定を実施した。
作製した電池を、30mAの電流値で、電池電圧4.2Vまで定電流定電圧モードで充電した。充電により、電池の電圧は4.2Vまで上昇し、充電中や充電終了後に電池電圧の低下は見られなかった。
実施例1と同様の手順で電池を作製した。
一つ目の電池を30mAで充電したところ、3.8Vで電圧が一時的に低下した。二つ目の電池は、同様の電流値で3.5Vに到達するまで充電を行った。その後、2.5Vに到達するまで、100mAで放電を行った。
作製した電池を、30mAの電流値で、電池電圧4.2Vまで定電流定電圧モードで充電した。充電中、3.9V付近で電圧が一時的に低下し、正負極が短絡している様子が観測された。
基材として厚さ25μm、空孔率55%のポリプロピレン膜を用いたこと以外は、実施例1と同様の手順でセルを作製し、初充電処理を行った。
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、本出願の開示事項は以下の付記に限定されない。
(付記1)
基材の少なくとも片面に支持塩の分解物層を有することを特徴とする、リチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記2)
前記基材の空孔率が60%以上である、付記1に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記3)
前記基材が不織布を含む、付記1または2に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記4)
前記基材が、熱溶融温度または熱分解温度が160℃以上の樹脂を含む、付記1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記5)
前記基材がアラミド樹脂を含む、付記1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記6)
前記支持塩の分解物層が、IR測定において825〜865nmに検出可能な吸収を有する、付記1〜5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記7)
前記支持塩の分解物層が、IR測定において825〜865nmに最大吸収を有する、付記6に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記8)
前記支持塩の分解物層の平均厚さが1μm以上20μm以下である、付記1〜7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記9)
前記支持塩の分解物層による基材の平均被覆率が10%以上100%以下である、付記1〜8のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(付記10)
付記1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータを有するリチウムイオン二次電池。
(付記11)
前記支持塩の分解物層が、セパレータの少なくとも負極側に存在する、付記10に記載のリチウムイオン二次電池。
(付記12)
付記10または11に記載のリチウムイオン二次電池を備えた電動車両。
(付記13)
付記10または11に記載のリチウムイオン二次電池を備えた蓄電設備。
(付記14)
基材の少なくとも片面に支持塩の分解物層を有するリチウムイオン二次電池用セパレータの製造方法であって、
正極と、負極と、セパレータの基材と、支持塩を含有する電解液と、を有するリチウムイオン二次電池を2個以上製造する工程と、
1個めのリチウムイオン二次電池を所定の電流値(I)で充電し、電圧が一時的に低下する電圧(V0)を測定する工程と、
残りのリチウムイオン二次電池を、前記電流値(I)で電圧がV0±0.1Vに到達するまで充電する工程と、次いで、放電する工程と、
を含むことを特徴とする、セパレータの製造方法。
(付記15)
基材の少なくとも片面に支持塩の分解物層を有するセパレータを備えたリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
正極と、負極と、セパレータの基材と、支持塩を含有する電解液と、を有するリチウムイオン二次電池を2個以上製造する工程と、
1個めのリチウムイオン二次電池を所定の電流値(I)で充電し、電圧が一時的に低下する電圧(V0)を測定する工程と、
残りのリチウムイオン二次電池を、前記電流値(I)で、電圧がV0±0.1Vに到達するまで充電する工程と、次いで、放電する工程と、
を含むことを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法。
は、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源;電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車などの電動車両を含む、電車や衛星や潜水艦などの移動・輸送用媒体の電源;UPSなどのバックアップ電源;太陽光発電、風力発電などで発電した電力を貯める蓄電設備;などに、利用することができる。
b セパレータ
c 正極
d 負極集電体
e 正極集電体
f 正極端子
g 負極端子
10 フィルム外装体
20 電池要素
25 セパレータ
30 正極
40 負極
200 電気自動車
210、310 組電池
300 蓄電設備
Claims (9)
- 使用前のリチウムイオン二次電池中のセパレータであって、
基材の少なくとも片面に、平均厚さが1μm以上20μm以下である支持塩の分解物層を有することを特徴とする、リチウムイオン二次電池用セパレータ。 - 前記基材の空孔率が60%以上である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 前記基材が不織布を含む、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 前記基材が、熱溶融温度または熱分解温度が160℃以上の樹脂を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 前記基材がアラミド樹脂を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 前記支持塩の分解物層が、IR測定において825〜865nmに検出可能な吸収を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 前記支持塩の分解物層が、IR測定において825〜865nmに最大吸収を有する、請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータを有するリチウムイオン二次電池。
- 基材の少なくとも片面に支持塩の分解物層を有するセパレータを備えたリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
正極と、負極と、セパレータの基材と、支持塩を含有する電解液と、を有するリチウムイオン二次電池を2個以上製造する工程と、
1個めのリチウムイオン二次電池を所定の電流値(I)で充電し、電圧が一時的に低下する電圧(V0)を測定する工程と、
残りのリチウムイオン二次電池を、前記電流値(I)で、電圧がV0±0.1Vに到達するまで充電する工程と、次いで、放電する工程と、
を含むことを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法。
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