JP6900928B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
電極群は、電極集電体を有する複数の電極、および、複数のセパレータを含み、複数の電極がセパレータを挟んで交互に積層されてなる。
集電端子は、複数の電極の電極集電体に電気的に接続されている。
集電端子は、少なくとも一部の表面に電解液膨潤層を有する。
電解液膨潤層は、60質量%以上100質量%以下のポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を含み、4μm以上の厚みを有する。
電解液は、電極群および電解液膨潤層に含浸されている含浸部と、該含浸部以外の部分である余剰部とを有し、リチウムイオン二次電池の設置状態において、電解液膨潤層は電解液の余剰部に接触するように構成されている。
図1は、本実施形態のリチウムイオン二次電池の一例を示す断面概略図である。電池100は角形である。ただし、本実施形態の電池は角形に限定されるべきではない。本実施形態の電池は円筒形であってもよい。
電極群5は、集電端子105と電気的に接続されている。具体的には、例えば、電極群を構成する複数の正極の集電タブ(電極集電体の端部の電極合材層が形成されていない部分)に正極集電端子が溶接され、複数の負極の集電タブに負極集電端子が溶接され得る。溶接は、超音波溶接、抵抗溶接などにより実施できる。電極群が巻回型である場合の巻回数、電極群が積層型である場合の積層数などに応じて、1つの集電端子への電極集電体の溶接枚数、溶接条件(ホーン形状、電圧、時間等)などは、適宜最適化され得る。
さらに、集電端子105は、外部端子104と電気的に接続されている。
図2を参照して、正極1は、正極集電体11と、正極集電体11の表面に形成された正極合材層12と、を備える。正極1は、集電端子105との接続位置として、正極集電体11が正極合材層12から露出した部分を有していてもよい。
図2を参照して、負極2は、負極集電体21と、負極集電体21の表面に形成された負極合材層22と、を備える。負極2は、外部端子104との接続位置として、負極集電体21が負極合材層22から露出した部分を有していてもよい。
図2を参照して、セパレータ3は、正極1と負極2との間に介在している。セパレータ3は、電気絶縁性の多孔質膜である。セパレータ3は、例えば、10〜50μmの厚さを有してもよい。セパレータ3は、例えば、ポリエチレン(PE)製、ポリプロピレン(PP)製等であり得る。セパレータ3は、多層構造を有してもよい。セパレータ3は、例えば、PP製の多孔質膜、PE製の多孔質膜、およびPP製の多孔質膜がこの順序で積層されることにより、構成されていてもよい。
電解液は、リチウム(Li)塩および溶媒を少なくとも含む。電解液は、例えば0.5mоl/L以上2mоl/L以下のLi塩を含んでもよい。Li塩は支持電解質である。Li塩は溶媒に溶解している。Li塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、Li[N(FSO2)2]、Li[N(CF3SO2)2]等であってもよい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、例えば、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド車(PHV)等の車両用の電源として用いることができる。ただし、本開示のリチウムイオン二次電池は、このような用途に限られず、家庭用蓄電池などのあらゆる用途に適用可能である。
《正極の製造》
以下の材料が準備された。
正極活物質: LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM)
導電材: AB
バインダ: PVdF
溶媒: N−メチルピロリドン(NMP)
正極集電体: アルミニウム箔(厚さ:15μm)
以下の材料が準備された。
負極活物質: 天然黒鉛 (d50:14.6μm)
導電材: AB
バインダ: CMC
溶媒: 水
負極集電体: 銅箔(厚さ:12μm)
15μmの厚さを有するセパレータ(多孔質膜)が準備された。このセパレータは、3層構造を有する。3層構造は、ポリプロピレンの多孔質層、ポリエチレンの多孔質層およびポリプロピレンの多孔質層がこの順序で積層されることにより構成されている。
セパレータ、正極、セパレータおよび負極がこの順序で積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回され、扁平状に圧縮されることにより、図1に示されるような巻回型の電極群5が作製された。
エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)が混合されることにより電解液溶媒が調製された。電解液溶媒にLiPF6が溶解されることにより、以下の組成を備える電解液が調製された。
電解液溶媒: [EC:DMC:EMC=3:3:4(体積比)]
LiPF6: 1.0mоl/L
電極群を構成する複数の正極の集電タブ(電極集電体の端部の電極合材層が形成されていない部分)にアルミニウム製の正極集電端子が超音波溶接され、複数の負極の集電タブに銅製の負極集電端子が超音波溶接された。
ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(PVdF−HFP)の未硬化物を含む溶液を、武蔵エンジニアリング(株)製のエアパルス方式ディスペンサーを用いて厚みを制御しながら、正極集電端子の片面および負極集電端子の片面に塗布し、乾燥させることにより、図1に示されるような電解液膨潤層6が形成された。実施例1〜7および比較例1の各々において、乾燥後の電解液膨潤層の厚みTは、表1に示すとおりに調整された。
集電端子の表面に電解液膨潤層を形成しなかった点以外は、実施例1と同様にして、比較例2の電池が製造された。
電解液膨潤層の構成材料として、75質量部のPVdF−HFP、20質量部のアクリルポリマーおよび5質量部の発泡剤を用いた。それ以外の点は、実施例1〜7および比較例1の各々と同様にして、実施例8〜14および比較例3の各々の電池が製造された。
電解液膨潤層の構成材料として、95質量部のPVdF−HFPおよび5質量部の発泡剤を用いた。それ以外の点は、実施例1および4の各々と同様にして、実施例15および16の各々の電池が製造された。
負極集電端子の表面に電解液膨潤層を形成しなかった。それ以外の点は、実施例4と同様にして、実施例17の電池が製造された。
負極集電端子の表面に電解液膨潤層を形成しなかった。それ以外の点は、実施例4と同様にして、実施例18の電池が製造された。
初回数サイクルを充放電させ、容量確認と中間SOCでのインピーダンスを測定後、図6に示される充電過多の充放電パターン、または、図7に示される放電過多の充放電パターンの充放電を、200サイクル繰り返した。なお、図6および図7に示される点線両矢印が1サイクルである。なお、200サイクルの充放電に要した時間は60分であった。中間SOCでのインピーダンスを測定する。中間SOCとは、電池のSOC(充電率)が50%の状態を意味する。
実施例1〜7および比較例1、2の結果から、電解液膨潤層の厚みが4μm以上の場合は、緩和時間t1は180時間未満となることが分かる。さらに、電解液膨潤層の厚みが50μm以上の場合は、緩和時間t1は2時間未満となる。しかし、電解液膨潤層の厚みが2μm以下の場合は、緩和時間t1は180時間より長くなってしまう。
Claims (1)
- 筐体と、該筐体内に収納された電極群および電解液と、集電端子と、を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記電極群は、電極集電体を有する複数の電極、および、複数のセパレータを含み、前記複数の電極がセパレータを挟んで交互に積層されてなり、
前記集電端子は、前記複数の電極の前記電極集電体に電気的に接続されており、
前記集電端子は、少なくとも一部の表面に電解液膨潤層を有し、
前記電解液膨潤層は、60質量%以上100質量%以下のポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を含み、4μm以上の厚みを有し、
前記電解液は、前記電極群および前記電解液膨潤層に含浸されている含浸部と、該含浸部以外の部分である余剰部とを有し、前記リチウムイオン二次電池の設置状態において、前記電解液膨潤層は前記電解液の前記余剰部に接触するように構成されている、リチウムイオン二次電池。
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