JP6927095B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
図1は本実施形態のリチウムイオン二次電池の構成の一例を示す概念図である。
電池100は外装材90を含む。外装材90は例えばアルミラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。外装材90は密閉されている。外装材90は任意の外形を有し得る。外装材90は例えば扁平状、円筒状、角柱状等であってもよい。
三次元網目骨格10は電極構造の基礎である。三次元網目骨格10は任意の外形を有し得る。三次元網目骨格10の外形は例えばシート状、棒状等であってもよい。
空孔率=1−(三次元網目骨格の見かけ比重/三次元網目骨格を形成する材料の真比重)
により算出される。見かけ比重は三次元網目骨格10の外形寸法および質量から算出される比重を示す。
セパレータ13は膜状である。セパレータ13は第1電極11と第2電極12との間に介在している。セパレータ13は第1電極11を被覆している。セパレータ13は例えば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
第1電極11および第2電極12は互いに異なる極性を有する。すなわち第1電極11が正極であるとき、第2電極12は負極である。第1電極11が負極であるとき、第2電極12は正極である。本明細書では一例として、第1電極11が正極であり、第2電極12が負極である形態が説明される。
第1電極11は三次元網目骨格10の表面に固定された電極である。第1電極11は膜状である。第1電極11は例えば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
第2電極12は流動し得る電極である。第2電極12は、三次元網目骨格10の隙間のうち第1電極11およびセパレータ13を除く残部空間に充填されている。第2電極12は液状である。第2電極12は第2活物質粒子群2および電解液4を少なくとも含む。第2活物質粒子群2は電解液4中に懸濁している。第2電極12の固形分比率は例えば40質量%以上60質量%以下であってもよい。固形分比率は、第2電極12に含まれる固体成分の質量比率を示す。
1.三次元網目骨格の準備
三次元網目骨格10として住友電工社製の「セルメット(登録商標)」が準備された。三次元網目骨格10はNi製である。第1リードタブ91が準備された。第1リードタブ91はNi製である。三次元網目骨格10に第1リードタブ91が溶接された。
以下の材料が準備された。
第1活物質粒子群:NCAの粉体(D50=5μm)
導電材:アセチレンブラック
バインダ:PVdF
溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
ポリマー溶液が準備された。ポリマー溶液はPVdFのNMP溶液である。第1電極11が形成された三次元網目骨格10がポリマー溶液に浸漬された。三次元網目骨格10がポリマー溶液から引き上げられた。ポリマー溶液が付着した三次元網目骨格10が加熱されることにより、セパレータ13が形成された。セパレータ13はポリマー膜である。ポリマー膜は後に電解液4によって膨潤し、ポリマーゲル膜になると考えられる。セパレータ13は第1電極11を被覆していると考えられる。セパレータ13は20μmの厚さを有する。
以下の材料が準備された。
第2活物質粒子群:黒鉛の粉体(D50=10μm)
電解液:Li塩 LiPF6(濃度=2mоl/L)、溶媒 EC+DEC
外装材90としてアルミラミネートフィルム製のパウチが準備された。第2リードタブ92が準備された。第2リードタブ92はNi製である。接着材20としてPVdF−HFPが準備された。接着材20より第2リードタブ92が外装材90の内壁に接着された。外装材90に三次元網目骨格10が収納された。外装材90に第2電極12が注入された。これにより三次元網目骨格10の隙間のうち第1電極11およびセパレータ13を除く残部空間に第2電極12が充填された。外装材90が密閉された。
試料No.2ではセパレータがポリマー粒子群3により形成された。ポリマー粒子群3として、10μmのD50を有するPE粒子群(PEの粉体)が準備された。該PEは60g/10minのMFRを有する。
下記表1に示されるように、10μmのD50を有する黒鉛の粉体が第2活物質粒子群2として使用されることを除いては、試料No.2と同様に電池100が製造された。
下記表1に示されるように、5μmのD50を有するPE粒子群がポリマー粒子群3として使用されることを除いては、試料No.2と同様に電池100が製造された。
下記表1に示されるように、2.5μmのD50を有するPE粒子群がポリマー粒子群3として使用されることを除いては、試料No.2と同様に電池100が製造された。
下記表1に示されるように、65g/10minのMFRを有するPE粒子群が使用され、かつ第1電極11の空隙体積に対するポリマー粒子群3の仕込み体積の比(体積比)が変更されることを除いては、試料No.5と同様に電池100が製造された。
下記表1に示されるように、第1電極11中の空隙体積に対するポリマー粒子群3の仕込み体積の比が変更されることを除いては、試料No.5と同様に電池100が製造された。
1.抵抗比の測定
各試料の直流抵抗が測定された。各試料の直流抵抗が試料No.1の直流抵抗で除されることにより抵抗比が算出された。結果は下記表1に示される。抵抗比が小さい程、出力が向上していると考えられる。
交流抵抗が測定されながら、電池100が200℃まで昇温された。交流抵抗は3×105Hzの周波数における抵抗である。昇温速度は3℃/minである。下記表1の「SD挙動」の欄において「有」は、昇温過程で急激な抵抗増加があり、かつ増加後の抵抗が所定時間持続したことを示す。括弧内の温度は急激な抵抗増加があった温度(すなわちSD温度)を示す。下記表1の「SD挙動」の欄において「無」は、当該挙動が確認されなかったことを示す。
試料No.1のセパレータ13はポリマーゲル膜である。試料No.3のセパレータ13はポリマー粒子群3を含む。試料No.3は試料No.1に比して出力が向上している。セパレータ13がポリマー粒子群3によって形成されていることにより、イオン伝導抵抗が低減していると考えられる。
Claims (2)
- 三次元網目骨格、第1電極、第2電極およびセパレータを少なくとも含み、
前記三次元網目骨格は導電性であり、
前記第1電極および前記第2電極は互いに異なる極性を有し、
前記第1電極は前記三次元網目骨格の表面を被覆しており、
前記第1電極は第1活物質粒子群を少なくとも含み、
前記セパレータは前記第1電極を被覆しており、
前記セパレータはポリマー粒子群を少なくとも含み、
前記第2電極は第2活物質粒子群および電解液を少なくとも含み、
前記第2活物質粒子群は前記電解液中に懸濁しており、
前記三次元網目骨格の隙間のうち前記第1電極および前記セパレータを除く残部空間に前記第2電極が充填されており、
前記ポリマー粒子群のD50は前記第2活物質粒子群のD50以下である、
リチウムイオン二次電池。 - 前記ポリマー粒子群は、60g/10min以下のメルトフローレートを有する、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
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