JP6946617B2 - Power storage element - Google Patents
Power storage element Download PDFInfo
- Publication number
- JP6946617B2 JP6946617B2 JP2015192305A JP2015192305A JP6946617B2 JP 6946617 B2 JP6946617 B2 JP 6946617B2 JP 2015192305 A JP2015192305 A JP 2015192305A JP 2015192305 A JP2015192305 A JP 2015192305A JP 6946617 B2 JP6946617 B2 JP 6946617B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- electrode active
- negative electrode
- positive electrode
- material layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、を備える蓄電素子に関する。 The present invention relates to a power storage element including a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
従来、蓄電素子の一種として、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、を備えるリチウムイオン二次電池が知られている。 Conventionally, as a kind of power storage element, a lithium ion secondary battery including a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is known.
この種のリチウムイオン電池として、負極活物質に平均粒子径が5〜20μmの非晶質炭素を用いたものが知られている(例えば、特許文献1)。 As a lithium ion battery of this type, one using amorphous carbon having an average particle size of 5 to 20 μm as a negative electrode active material is known (for example, Patent Document 1).
負極活物質の平均粒子径が比較的に大きい場合、蓄電素子を放置した際の出力の低下が大きい場合がある。 When the average particle size of the negative electrode active material is relatively large, the output may decrease significantly when the power storage element is left unattended.
本発明は、蓄電素子を放置した際の出力の低下を抑制し、且つ放置した後の出力の絶対値が高い蓄電素子を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a power storage element that suppresses a decrease in output when the power storage element is left unattended and has a high absolute value of output after being left unattended.
本発明の蓄電素子は、
正極基材と、該正極基材に積層される正極活物質層であって、正極活物質を含む正極活物質層と、を有する正極と、負極基材と、該負極基材に積層される負極活物質層であって、負極活物質を含む負極活物質層と、を有する負極と、を備え、
前記正極活物質層の空孔率は、31%以下であり、前記負極活物質層の空孔率は、37%以下であり、前記負極活物質の平均粒径D50は、8μm以下である。
The power storage element of the present invention
A positive electrode having a positive electrode base material, a positive electrode active material layer laminated on the positive electrode base material, and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode base material, and a negative electrode base material laminated on the negative electrode base material. A negative electrode active material layer including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a negative electrode having the negative electrode active material.
The porosity of the positive electrode active material layer is 31% or less, the porosity of the negative electrode active material layer is 37% or less, and the average particle size D50 of the negative electrode active material is 8 μm or less.
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下を抑制し、かつ放置した後の出力の絶対値が高い蓄電素子を提供することができる。 According to such a configuration, it is possible to provide a power storage element that suppresses a decrease in output when the power storage element is left unattended and has a high absolute value of output after being left unattended.
本発明の蓄電素子は、前記正極活物質の平均粒径D50は、5μm以下であってもよい。 In the power storage element of the present invention, the average particle size D50 of the positive electrode active material may be 5 μm or less.
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した後の出力の絶対値をさらに高くすることができる。 According to such a configuration, the absolute value of the output after the power storage element is left unattended can be further increased.
本発明の蓄電素子は、前記正極活物質層の前記空孔率は、29%以下であり、前記負極活物質層の前記空孔率は、35%以下であってもよい。 In the power storage element of the present invention, the porosity of the positive electrode active material layer may be 29% or less, and the porosity of the negative electrode active material layer may be 35% or less.
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下をさらに抑制することができる。 According to such a configuration, it is possible to further suppress a decrease in output when the power storage element is left unattended.
本発明の蓄電素子は、前記負極活物質層の前記空孔率は、30%以上であってもよい。 In the power storage element of the present invention, the porosity of the negative electrode active material layer may be 30% or more.
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下を抑制することができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress a decrease in output when the power storage element is left unattended.
本発明の蓄電素子は、前記正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を主成分としてもよい。 In the power storage element of the present invention, the positive electrode active material may contain a lithium metal composite oxide as a main component.
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下を抑制し、かつ放置した後の出力の絶対値が高い蓄電素子を提供することができる。 According to such a configuration, it is possible to provide a power storage element that suppresses a decrease in output when the power storage element is left unattended and has a high absolute value of output after being left unattended.
本発明によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下を抑制し、且つ放置した後の出力の絶対値が高い蓄電素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power storage element that suppresses a decrease in output when the power storage element is left unattended and has a high absolute value of output after being left unattended.
以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図1〜図7を参照しつつ説明する。蓄電素子には、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池、アルカリマンガン電池等の一次電池、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタがある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材(各構成要素)の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the power storage element according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. The power storage element includes a lithium ion secondary battery, a secondary battery such as a nickel hydrogen secondary battery, a primary battery such as an alkali manganese battery, and a capacitor such as a lithium ion capacitor. In the present embodiment, a rechargeable secondary battery will be described as an example of the power storage element. The name of each component (each component) of the present embodiment is that of the present embodiment, and may be different from the name of each component (each component) in the background technology.
本実施形態の蓄電素子1は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子1は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子1は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子1は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子1は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子1は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子1と組み合わされて蓄電装置100に用いられる。前記蓄電装置100では、該蓄電装置100に用いられる蓄電素子1が電気エネルギーを供給する。
The
蓄電素子1は、図1〜図7に示すように、正極11と負極12とを含む電極体2と、電極体2を収容するケース3と、ケース3の外側に配置される外部端子7であって電極体2と電気的に接続される外部端子7と、を備える。また、蓄電素子1は、電極体2と外部端子7とを電気的に接続する集電体5等を有する。
As shown in FIGS. 1 to 7, the
電極体2は、図6〜図7に示すように、正極11と負極12とがセパレータ4によって互いに絶縁された状態で積層された積層体22が巻回されることによって形成される。
As shown in FIGS. 6 to 7, the
正極11は、金属箔111(正極基材)と、金属箔111に積層され、且つ正極活物質を含む正極活物質層112と、を有する。本実施形態では、正極活物質層112は、金属箔111の両面にそれぞれ積層される。
The
本実施形態の正極の金属箔111は帯状である。金属箔111は、例えば、アルミニウム(又はアルミニウム合金)製である。正極11は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層112が形成されず金属箔111が露出した非被覆部105を有する。
The metal leaf 111 of the positive electrode of the present embodiment is strip-shaped. The metal leaf 111 is made of, for example, aluminum (or an aluminum alloy). The
正極活物質層112は、少なくとも、正極活物質と、バインダと、を含む。詳しくは、正極活物質層112は、正極活物質を80質量%以上99質量%以下含み、バインダを1質量%以上10質量%以下含む。正極活物質層112の片面の厚みは、通常、20μm以上150μm以下である。
The positive electrode
正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物である。正極活物質は、粒子状である。 The positive electrode active material is a compound that can occlude and release lithium ions. The positive electrode active material is in the form of particles.
本実施形態の正極活物質は、LixMyOzの化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物(ただし、0<x≦1.3であり、0.7≦y≦1.3であり、1.7≦z≦2.3であり、Mは、少なくとも1種の遷移金属元素である)を主成分とする。正極活物質は、LiaNibM1cM2dOeの化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物(ただし、0<a≦1.3であり、0≦b≦1であり、0≦c≦1であり、0≦d≦1であり、0≦e≦0.1であり、0.7≦b+c+d≦1.3であり、1.7≦e≦2.3であり、M1、M2は、それぞれ、Mn、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Sn、及びMgからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)であると好ましい。正極活物質は、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2であるとさらに好ましい。このとき、LiaNibM1cM2dOeは、W、Nb、及びZrからなる群から選択される少なくとも1種の元素を微量成分として含んでいてもよい。 Positive electrode active material of the present embodiment, the lithium metal composite oxide represented by the chemical composition of Li x M y O z (where a 0 <x ≦ 1.3, with 0.7 ≦ y ≦ 1.3 Yes, 1.7 ≦ z ≦ 2.3, and M is at least one transition metal element) as a main component. The positive electrode active material, Li a Ni b M1 c M2 d O e lithium-metal composite oxide represented by the chemical composition (except a 0 <a ≦ 1.3, a 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 0.1, 0.7 ≦ b + c + d ≦ 1.3, 1.7 ≦ e ≦ 2.3, M1, M2 is at least one element selected from the group consisting of Mn, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Al, Ge, Sn, and Mg, respectively). The positive electrode active material is more preferably LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2. At this time, Li a Ni b M1 c M2 d O e is, W, Nb, and at least one element may contain as a minor component selected from the group consisting of Zr.
正極活物質は、LiM2O4(Mは、少なくともMn、Co又はNiを含む)で表されるスピネル化合物であってもよく、2種類以上の化合物が混合されていてもよい。また、LiMPO4(Mは、少なくともFe又はMnを含む)で表されるポリオレフィン化合物であってもよい。 The positive electrode active material may be a spinel compound represented by LiM 2 O 4 (M contains at least Mn, Co or Ni), or two or more kinds of compounds may be mixed. Further, it may be a polyolefin compound represented by LiMPO 4 (M contains at least Fe or Mn).
本実施形態の正極活物質の平均粒径D50は、10μm以下である。正極活物質の平均粒径D50は、通常、1μm以上である。正極活物質の平均粒径D50は、5μm以下であってもよく、2μm以上であってもよい。また、正極活物質の平均粒径D50は、4μm以下であってもよい。 The average particle size D50 of the positive electrode active material of the present embodiment is 10 μm or less. The average particle size D50 of the positive electrode active material is usually 1 μm or more. The average particle size D50 of the positive electrode active material may be 5 μm or less, or 2 μm or more. Further, the average particle size D50 of the positive electrode active material may be 4 μm or less.
上記の平均粒径D50は、体積標準の粒度分布における累積度50%の粒径(メディアン径とも呼ばれる)である。測定方法の詳細については、後述する。 The above-mentioned average particle size D50 is a particle size (also referred to as a median diameter) having a cumulative degree of 50% in the volume standard particle size distribution. Details of the measurement method will be described later.
正極活物質層112に用いられるバインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム(SBR)である。本実施形態のバインダは、ポリフッ化ビニリデンである。
The binder used for the positive electrode
正極活物質層112は、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極活物質層112は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。正極活物質層112は、導電助剤を1質量%以上10質量%以下含む。
The positive electrode
正極活物質層112は、正極活物質層を構成する要素(正極活物質、バインダ、及び導電材)同士の間に空隙を有する。本実施形態の正極活物質層112の空孔率は、31%以下である。正極活物質層112の空孔率は、29%以下であってもよく、又は23%以上であってもよい。また、正極活物質層112の空孔率は、27%以下であってもよい。正極活物質層112の空孔率は、例えば、正極活物質層112を形成する際のロールプレスの圧力を大きくすることによって小さくすることができる。また、正極活物質層112の空孔率は、例えば、正極活物質層112を形成する際のロールプレスの圧力を小さくすること(又はロールプレスを行わないこと)によって大きくすることができる。正極活物質層112の空孔率は、ロールプレスの圧力が同じ場合であっても、正極活物質層112における正極活物質、バインダ、及び導電助剤の種類又は比率が異なると、変化し得る。また、正極活物質層112の空孔率は、正極用の合剤の塗布量(目付量)又は正極活物質層112の厚みが異なると、変化し得る。ここで、「活物質層の空孔率」とは、活物質層中に位置する空隙の体積を、当該空隙を含めた活物質層の体積で除したものに相当する。「活物質層の空孔率」の測定方法の詳細については、後述する。
The positive electrode
負極12は、金属箔121(負極基材)と、金属箔121に積層され且つ負極活物質を含む負極活物質層122と、を有する。本実施形態では、負極活物質層122は、金属箔121の両面にそれぞれ積層される。
The
本実施形態の負極の金属箔121は帯状である。金属箔121は、例えば、銅(又は銅合金)製である。負極12は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、負極活物質層122が形成されず金属箔121が露出した非被覆部105を有する。
The
負極活物質層122は、少なくとも、負極活物質と、バインダと、を有する。詳しくは、負極活物質層122は、負極活物質を80質量%以上99質量%以下含み、バインダを1質量%以上10質量%以下含む。負極活物質層122は、セパレータ4を介して正極11と向き合うように配置される。負極活物質層122の片面の厚みは、通常、20μm以上150μm以下である。
The negative electrode
負極活物質は、負極12において充電反応及び放電反応の電極反応に寄与し得るものである。負極活物質は、粒子状である。本実施形態の負極活物質は、難黒鉛化炭素を主成分とする。
The negative electrode active material can contribute to the electrode reaction of the charge reaction and the discharge reaction in the
負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、易黒鉛化炭素等の炭素質材料であってもよく、リチウム遷移金属酸化物、リチウム金属窒化物、又はリチウムイオンと合金化反応を生じる材料であってもよい。また、負極活物質は、2種類以上の化合物が混合されていてもよい。 The negative electrode active material may be a carbonaceous material such as artificial graphite, natural graphite, or graphitized carbon, and is a material that undergoes an alloying reaction with lithium transition metal oxide, lithium metal nitride, or lithium ion. May be good. Further, the negative electrode active material may be a mixture of two or more kinds of compounds.
負極活物質の平均粒径D50は、8μm以下である。負極活物質の平均粒径D50は、通常、1μm以上である。負極活物質の平均粒径D50は、5μm以下であってもよく、4μm以下であってもよく、又は、2μm以上であってもよい。 The average particle size D50 of the negative electrode active material is 8 μm or less. The average particle size D50 of the negative electrode active material is usually 1 μm or more. The average particle size D50 of the negative electrode active material may be 5 μm or less, 4 μm or less, or 2 μm or more.
上記の平均粒径D50は、体積標準の粒度分布における累積度50%の粒径(メディアン径とも呼ばれる)である。測定方法の詳細については、実施例において説明する。 The above-mentioned average particle size D50 is a particle size (also referred to as a median diameter) having a cumulative degree of 50% in the volume standard particle size distribution. Details of the measurement method will be described in Examples.
負極活物質層122のバインダは、正極活物質層112に用いられたバインダと同様のものを使用することができる。本実施形態のバインダは、ポリフッ化ビニリデンである。
As the binder of the negative electrode
負極活物質層122は、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極活物質層122は、導電助剤を有していない。
The negative electrode
負極活物質層122は、負極活物質層を構成する要素(負極活物質及びバインダ)同士の間に空隙を有する。本実施形態の負極活物質層122の空孔率は、37%以下である。斯かる空孔率は、35%以下であってもよく、又は26%以上であってもよい。負極活物質層の空孔率は、30%以上であることが好ましい。また、負極活物質層の空孔率は、31%以上であることが好ましい。負極活物質層122の空孔率は、例えば、負極活物質層122を形成する際のロールプレスの圧力を大きくすることによって小さくすることができる。また、負極活物質層122の空孔率は、例えば、負極活物質層122を形成する際のロールプレスの圧力を小さくすること(又はロールプレスを行わないこと)によって大きくすることができる。負極活物質層122の空孔率は、ロールプレスの圧力が同じ場合であっても、負極活物質層122における負極活物質、バインダ、及び導電助剤の種類又は比率が異なると、変化し得る。また、負極活物質層122の空孔率は、負極用の合剤の塗布量(目付量)又は負極活物質層122の厚みが異なると、変化し得る。ここで、「活物質層の空孔率」とは、活物質層中に位置する空隙の体積を、当該空隙を含めた活物質層の体積で除したものに相当する。
The negative electrode
正極活物質層112及び負極活物質層122の空孔率は、水銀圧入法によって測定することができる。正極活物質層112及び負極活物質層122における空孔率を測定する場合、負極電位が1.0V以上になるように電池を放電した後、当該電池を乾燥雰囲気下で解体する。ついで、正極11及び負極12をジメチルカーボネートで洗浄した後、2時間以上真空乾燥する。その後、水銀圧入法による測定を実施して正極活物質層112及び負極活物質層122の空孔率を求めることができる。
The porosity of the positive electrode
本明細書において、電極の活物質層の空孔率の測定は、次の条件及び手順に沿って行うものとする。
装置名:Micrometrics社製、水銀ポロシメータ(型番:オートポアIV9500)
細孔径測定範囲:0.0055〜500μm
測定原理:D=−4σcosθ/P
(D:細孔直径、P:水銀圧、σ:表面張力、θ:接触角)
但し、θ=135°、σ=485mN/cmを用いる
In the present specification, the porosity of the active material layer of the electrode shall be measured according to the following conditions and procedures.
Device name: Mercury porosimeter manufactured by Micrometrics (model number: Autopore IV9500)
Pore diameter measurement range: 0.0055-500 μm
Measurement principle: D = -4σcosθ / P
(D: pore diameter, P: mercury pressure, σ: surface tension, θ: contact angle)
However, θ = 135 ° and σ = 485 mN / cm are used.
上記測定において、活物質層の見かけ体積をVappとし、活物質層の真の体積をVtrueとすると、Vappは水銀圧入前の活物質層の体積に相当し、VtrueはD=0.0055μm(P=228MPa)まで水銀圧入したときの活物質層の体積に相当する。ここで、あらかじめ測定しておいた活物質層の重量をwとすると、見かけ密度dappは、dapp=w/Vapp、真密度dtrueは、dtrue=w/Vtrueで表される。空孔率p(%)は、p(%)=(1−dapp/dtrue)×100で表される。 In the measurement, the apparent volume of the active material layer and V app, when the true volume of the active material layer and V true, V app corresponds to the volume of the active material layer before the mercury penetration, V true is D = 0 It corresponds to the volume of the active material layer when mercury is press-fitted to .0055 μm (P = 228 MPa). Here, assuming that the weight of the active material layer measured in advance is w, the apparent density d- app is represented by d- app = w / V- app , and the true density d- true is represented by d- true = w / V- true. .. The porosity p (%) is represented by p (%) = (1-d application / d true ) × 100.
セパレータ4は、絶縁性を有する部材である。セパレータ4は、帯状である。セパレータ4は、正極11と負極12との間に配置される。これにより、電極体2(詳しくは、積層体22)において、正極11と負極12とが互いに絶縁される。また、セパレータ4は、ケース3内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子1の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ4を挟んで交互に積層される正極11と負極12との間を移動する。
The
セパレータ4は、例えば、多孔質膜により構成される。セパレータ4の材質としては、高分子化合物、ガラス、セラミックなどが挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル系、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)などのポリオレフィン(PO)系、又は、セルロースなどの多糖類系が挙げられる。
The
セパレータ4は、上記多孔質膜に無機質層が積層されていてもよい。無機質層は、無機物と、バインダと、を有する。無機物には、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、ケイ酸アルミニウム(SiO2−Al2O3)等を用いることができる。バインダには、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム等を用いることができる。本実施形態のセパレータの多孔質膜は、ポリエチレンであり、無機質層は、無機粒子としてのケイ酸アルミニウムとバインダとしてのポリフッ化ビニリデンを含む。
The
セパレータ4の幅(帯形状の短手方向の寸法)は、負極活物質層122の幅より僅かに大きい。セパレータ4は、正極活物質層112及び負極活物質層122が重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極11と負極12との間に配置される。
The width of the separator 4 (dimension of the strip shape in the lateral direction) is slightly larger than the width of the negative electrode
本実施形態の電極体2では、以上のように構成される正極11と負極12とがセパレータ4によって絶縁された状態で巻回される。本実施形態の電極体2では、正極11、負極12、及び2枚のセパレータ4の積層体22が巻回される。
In the
正極11と負極12とが積層された状態で、図6に示すように、正極11の非被覆部105と負極12の非被覆部105とは重なっていない。即ち、正極11の非被覆部105が、正極11と負極12との重なる領域から幅方向に突出し、且つ、負極12の非被覆部105が、正極11と負極12との重なる領域から幅方向(正極11の非被覆部105の突出方向と反対の方向)に突出する。積層された状態の正極11、負極12、及びセパレータ4、即ち、積層体22が巻回されることによって、電極体2が形成される。正極11の非被覆部105又は負極12の非被覆部105のみが積層された部位によって、電極体2における非被覆積層部26が構成される。
In a state where the
非被覆積層部26は、電極体2における集電体5と電気的に接続され、機械的に固定される部位である。非被覆積層部26は、巻回された正極11、負極12、及びセパレータ4の巻回中心方向視において、中空部27(図6参照)を挟んで二つの部位(二分された非被覆積層部)261に区分けされる。
The uncoated
以上のように構成される非被覆積層部26は、電極体2の各極に設けられる。即ち、電極体2は、正極11の非被覆部105のみが積層された非被覆積層部26と、負極12の非被覆部105のみが積層された非被覆積層部26と、を有する。
The uncoated
ケース3は、開口を有するケース本体31と、ケース本体31の開口を覆う(閉じる)蓋板32と、を有する。ケース3は、電極体2及び集電体5等と共に、電解液を内部空間に収容する。ケース3は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース3は、アルミニウム(又はアルミニウム合金)によって形成される。ケース3は、ステンレス鋼及びニッケル等の金属材料、又は、アルミニウムにナイロン等の樹脂を接着した複合材料等によって形成されてもよい。
The
本実施形態の電解液は、非水溶液系の電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、LiClO4、LiBF4、及びLiPF6等である。電解質塩は、通常、電解液に対して、0.5〜1.5mol/Lの濃度で混合する。 The electrolytic solution of this embodiment is a non-aqueous electrolyte solution. The electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in an organic solvent. The organic solvent is, for example, cyclic carbonates such as propylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Electrolyte salts are LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , and the like. The electrolyte salt is usually mixed with the electrolytic solution at a concentration of 0.5 to 1.5 mol / L.
ケース3は、ケース本体31の開口の周縁部と、長方形状の蓋板32の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。ケース3は、ケース本体31と蓋板32とによって画定される内部空間を有し、当該内部空間に電極体2、集電体5等を収容する。本実施形態では、ケース本体31の開口の周縁部と蓋板32の周縁部とは、溶接によって接合される。
The
以下では、図1に示すように、蓋板32の長辺方向をX軸方向とし、蓋板32の短辺方向をY軸方向とし、蓋板32の法線方向をZ軸方向とする。
In the following, as shown in FIG. 1, the long side direction of the
ケース本体31は、開口方向(Z軸方向)における一方の端部が塞がれた角筒形状(即ち、有底角筒形状)を有する。
The
蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐようにケース本体31に当接する。より具体的には、蓋板32が開口を塞ぐように、蓋板32の周縁部がケース本体31の開口周縁部に重ねられる。開口周縁部と蓋板32とが重ねられた状態で、蓋板32とケース本体31との境界部が溶接される。これにより、ケース3が構成される。
The
蓋板32は、Z軸方向視において、ケース本体31の開口周縁部に対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋板32は、Z軸方向視において、X軸方向に長い矩形状の板材である。また、蓋板32の四隅は、円弧状である。
The
蓋板32は、ケース3内のガスを外部に排出可能なガス排出弁321を有する。ガス排出弁321は、ケース3の内部圧力が所定の圧力まで上昇したときに、該ケース3内から外部にガスを排出する。ガス排出弁321は、X軸方向における蓋板32の中央部に設けられる。
The
ケース3には、電解液を注入するための注液孔が設けられる。注液孔は、ケース3の内部と外部とを連通する。注液孔は、蓋板32に設けられる。
The
注液孔は、注液栓326に覆われる(塞がれる)。注液栓326は、溶接によってケース3(本実施形態の例では蓋板32)に固定され、注液孔を密閉する。
The injection hole is covered (closed) with the
外部端子7は、他の蓄電素子1の外部端子7又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子7は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子7は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。
The
外部端子7は、バスバ等が溶接可能な面71を有する。面71は、平面である。外部端子7は、蓋板32に沿って拡がる板状である。詳しくは、外部端子7は、Z軸方向視において矩形状の板状である。
The
集電体5は、ケース3内に配置され、電極体2と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体5は、クリップ部材50を介して電極体2と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子1は、電極体2と集電体5とを通電可能に接続するクリップ部材50を備える。
The
集電体5は、導電性を有する部材によって形成される。図3に示すように、集電体5は、ケース3の内面に沿って配置される。
The
集電体5は、蓄電素子1の正極11と負極12とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子1では、ケース3内において、電極体2の正極11の非被覆積層部26と、負極12の非被覆積層部26とにそれぞれ配置される。
The
正極11の集電体5と負極12の集電体5とは、異なる材料によって形成される。具体的に、正極11の集電体5は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極12の集電体5は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。
The
本実施形態の蓄電素子1は、電極体2とケース3とを絶縁する絶縁カバー6を有する。具体的には、蓄電素子1では、袋状の絶縁カバー6に収容された状態の電極体2(詳しくは、電極体2及び集電体5)がケース3内に収容される。
The
次に、上記実施形態の蓄電素子の製造方法について説明する。 Next, a method of manufacturing the power storage element of the above embodiment will be described.
蓄電素子1の製造方法では、金属箔(電極基材)に、活物質を含む合剤を塗布して活物質層を形成し、電極(正極11及び負極12)を作製する。つぎに、正極11、2枚のセパレータ4、及び負極12を重ね合わせて電極体2を形成する。続いて、電極体2をケース3に入れ、ケース3に電解液を入れることによって蓄電素子1を組み立てる。
In the method for manufacturing the
電極(正極11)の作製では、金属箔の両面に、活物質とバインダと溶媒とを含む合剤をそれぞれ塗布することによって活物質層(正極活物質層112)を形成する。具体的には、金属箔に合剤をダイコーティングした後、ダイコーティングされた合剤をロールプレスする。その後、金属箔及び合剤を乾燥させることによって、活物質層(正極活物質層112)を形成する。このとき、ロールプレスの圧力を変更することによって、活物質層(正極活物質層112)の空孔率を変化させる。負極も同様にして作製する。 In the production of the electrode (positive electrode 11), an active material layer (positive electrode active material layer 112) is formed by applying a mixture containing an active material, a binder, and a solvent to both surfaces of the metal foil. Specifically, the metal foil is die-coated with the mixture, and then the die-coated mixture is roll-pressed. Then, the metal foil and the mixture are dried to form an active material layer (positive electrode active material layer 112). At this time, the porosity of the active material layer (positive electrode active material layer 112) is changed by changing the pressure of the roll press. The negative electrode is also manufactured in the same manner.
電極体2の形成では、正極11と負極12との間にセパレータ4を挟み込んだ積層体22を巻回する。詳しくは、正極活物質層112と負極活物質層122とがセパレータ4を介して互いに向き合うように、正極11とセパレータ4と負極12とを重ね合わせ、積層体22を作る。続いて、積層体22を巻回して、電極体2を形成する。
In the formation of the
蓄電素子1の組み立てでは、ケース3のケース本体31に電極体2を入れ、ケース本体31の開口を蓋板32で塞ぎ、電解液をケース3内に注入する。ケース本体31の開口を蓋板32で塞ぐときには、ケース本体31の内部に電極体2を入れ、正極11と一方の外部端子7とを導通させ、且つ、負極12と他方の外部端子7とを導通させた状態で、ケース本体31の開口を蓋板32で塞ぐ。電解液をケース3内へ注入するときには、ケース3の蓋板32の注液孔から電解液をケース3内に注入する。その後、注液孔を注液栓326で覆い、注液栓326を溶接する。
In assembling the
上記のように構成された本実施形態の蓄電素子1(リチウムイオン二次電池)は、金属箔111(正極基材)と、該金属箔111(正極基材)111に積層される正極活物質層112であって、正極活物質を含む正極活物質層112と、を有する正極11と、金属箔121(負極基材)と、該金属箔121(負極基材)に積層される負極活物質層122であって、負極活物質を含む負極活物質層122と、を有する負極12と、を備え、
前記正極活物質層112の空孔率は、31%以下であり、前記負極活物質層122の空孔率は、37%以下であり、前記負極活物質の平均粒径D50は、8μm以下である。
The power storage element 1 (lithium ion secondary battery) of the present embodiment configured as described above is a positive electrode active material laminated on a metal foil 111 (positive electrode base material) and the metal foil 111 (positive electrode base material) 111. The negative electrode active material which is a
The porosity of the positive electrode
かかる構成によれば、蓄電素子1を放置した際の出力の低下を抑制し、かつ放置した後の出力の絶対値が高い蓄電素子1を提供することができる。
According to such a configuration, it is possible to provide a
充放電が可能な蓄電素子(例えば、リチウムイオン二次電池)では、正極活物質又は負極活物質の粒子径を小さくすることで出力が向上することが一般に知られている。一方、本発明者らは、負極活物質の粒子径が小さくなると、初期の出力の絶対値が向上するものの、出力の維持率(初期の出力値に対する放置後の出力値)が小さくなる場合があることを見出した。また、本発明者らは、負極活物質層の空孔率を所定以下の値とすることによって、蓄電素子を放置した際の出力の低下が抑制され、かつ放置後の出力の絶対値を高くできることを見出した。 It is generally known that in a power storage element capable of charging and discharging (for example, a lithium ion secondary battery), the output is improved by reducing the particle size of the positive electrode active material or the negative electrode active material. On the other hand, when the particle size of the negative electrode active material becomes smaller, the present inventors may improve the absolute value of the initial output, but the maintenance rate of the output (the output value after being left unattended with respect to the initial output value) may become smaller. I found that there is. Further, by setting the porosity of the negative electrode active material layer to a value equal to or less than a predetermined value, the present inventors suppress a decrease in output when the power storage element is left unattended, and increase the absolute value of the output after being left unattended. I found out what I could do.
ここで、出力の低下は、蓄電素子を所定時間以上放置した際、負極活物質の表面のうち電解液と接触している部分にSEI被膜等の不働体膜が形成されることにより、負極活物質の粒子同士の界面(又は負極活物質と負極基材との間の界面)での電子伝導度が低下することに起因すると推測される。すなわち、負極活物質の粒子径が比較的大きい場合、負極活物質層の空孔率が大きくても負極活物質の粒子同士が密に接触した状態となるため、負極活物質の粒子同士の界面に不働体膜が形成されにくい。しかし、負極活物質の粒子径が比較的小さい場合、負極活物質層の空孔率を同等とすると負極活物質の粒子同士の接触が弱い状態となるため、負極活物質の粒子同士の界面に不働体膜が形成されやすい。その結果、負極活物質の粒子同士の界面での電子伝導度が時間の経過に伴って低下することにより、出力の低下が生じると推測される。 Here, the decrease in output is due to the formation of an immobile film such as an SEI film on the surface of the negative electrode active material that is in contact with the electrolytic solution when the power storage element is left for a predetermined time or longer. It is presumed that this is due to a decrease in electron conductivity at the interface between the particles of the substance (or the interface between the negative electrode active material and the negative electrode base material). That is, when the particle size of the negative electrode active material is relatively large, even if the porosity of the negative electrode active material layer is large, the particles of the negative electrode active material are in close contact with each other. It is difficult for the inactive body membrane to be formed. However, when the particle size of the negative electrode active material is relatively small, if the porosity of the negative electrode active material layer is equalized, the contact between the particles of the negative electrode active material becomes weak, so that the particles of the negative electrode active material are at the interface between the particles. Inactive film is likely to be formed. As a result, it is presumed that the electron conductivity at the interface between the particles of the negative electrode active material decreases with the passage of time, resulting in a decrease in output.
一方、負極活物質の粒子径が比較的小さい場合に負極活物質層の空孔率を所定より小さくする(負極活物質同士を密に配置する)ことによって、負極活物質の粒子同士の界面での電子伝導度が低下することを抑制できると考えられる。その結果、蓄電素子を放置した際の出力の低下が抑制されると推測される。ここで、負極活物質層の空孔率が所定の値以下になった場合に顕著に出力の低下が抑制される効果が得られる理由として、電子伝導度が低下する現象は、一定以上の厚みの不働体膜が形成された場合に顕著となることが考えられる。すなわち、不働体膜の厚みが一定以上となった場合に出力の低下が大きくなるのであり、ある程度の厚みの不働体膜が形成する分には差し支えないものと推測される。つまり、負極活物質の粒子径を比較的小さくしたことと、放置した際の出力の低下が抑制されたことと、の相乗効果により放置後の出力の絶対値を高くできると推測される。 On the other hand, when the particle size of the negative electrode active material is relatively small, the porosity of the negative electrode active material layer is made smaller than a predetermined value (the negative electrode active materials are densely arranged) so that the particles of the negative electrode active material are at the interface with each other. It is considered that the decrease in electron conductivity of the above can be suppressed. As a result, it is presumed that the decrease in output when the power storage element is left unattended is suppressed. Here, the reason why the effect of significantly suppressing the decrease in output is obtained when the porosity of the negative electrode active material layer becomes equal to or less than a predetermined value is that the phenomenon of decrease in electron conductivity has a thickness of a certain value or more. It is considered that it becomes remarkable when the inactive body membrane of is formed. That is, when the thickness of the inactive film becomes more than a certain level, the decrease in output becomes large, and it is presumed that there is no problem in forming an inactive film having a certain thickness. That is, it is presumed that the absolute value of the output after being left can be increased by the synergistic effect of making the particle size of the negative electrode active material relatively small and suppressing the decrease in the output when left.
また、本発明者らは、負極活物質層の空孔率を小さくする構成とした場合であっても、出力の維持率が低下する場合があることを見出した。さらに、本発明者らは、負極活物質の粒子径が比較的小さい場合に負極活物質層の空孔率を所定以下の値とすることに加えて、正極活物質層の空孔率を所定以下の値とすることによって、蓄電素子を放置した際の出力の低下が抑制され、かつ放置後の出力の絶対値を高くできることを見出した。 Further, the present inventors have found that the output maintenance rate may decrease even when the porosity of the negative electrode active material layer is reduced. Further, the present inventors set the porosity of the negative electrode active material layer to a value equal to or less than a predetermined value when the particle size of the negative electrode active material is relatively small, and also determine the porosity of the positive electrode active material layer. It has been found that by setting the following values, the decrease in output when the power storage element is left unattended can be suppressed, and the absolute value of the output after being left unattended can be increased.
ここで、出力の低下は、蓄電素子を所定時間以上放置した際、正極活物質の表面の結晶構造が変化することにより、正極活物質の粒子同士の界面(又は正極活物質と正極基材との間の界面)での電子伝導度が低下することに起因すると推測される。すなわち、正極活物質層の空孔率が比較的小さい場合、正極活物質の粒子同士が密に接触した状態(粒子同士間の距離が小さい状態)となるため、正極活物質の表面の結晶構造が変化したとしても、電子伝導度の大きな低下は生じにくい。しかし、正極活物質層の空孔率が比較的大きい場合、正極活物質の粒子同士の距離が大きい状態となるため、電子伝導度が大きく低下しやすい。そして、負極活物質の粒子同士の界面での電子伝導度が低下することを抑制できているがゆえに、正極活物質の粒子同士の界面での電子伝導度の低下を無視できないという事象を引き起こした結果、出力の低下が生じると推測される。 Here, the decrease in output is due to the change in the crystal structure of the surface of the positive electrode active material when the power storage element is left for a predetermined time or longer, so that the interface between the particles of the positive electrode active material (or the positive electrode active material and the positive electrode base material) It is presumed that this is due to the decrease in electron conductivity at the interface between the two. That is, when the porosity of the positive electrode active material layer is relatively small, the particles of the positive electrode active material are in close contact with each other (the distance between the particles is small), so that the crystal structure on the surface of the positive electrode active material Even if is changed, a large decrease in electron conductivity is unlikely to occur. However, when the porosity of the positive electrode active material layer is relatively large, the distance between the particles of the positive electrode active material is large, so that the electron conductivity tends to be significantly reduced. Since the decrease in electron conductivity at the interface between the particles of the negative electrode active material can be suppressed, the decrease in electron conductivity at the interface between the particles of the positive electrode active material cannot be ignored. As a result, it is presumed that the output will decrease.
一方、正極活物質層の空孔率を小さくする(正極活物質同士を密に配置する)ことによって、正極活物質の粒子同士の距離が小さい状態となるため、電子の移動が阻害されにくく、さらに、アンカー効果によって正極活物質の粒子同士の距離が大きくなることを抑制できる。その結果、蓄電素子を放置した際の出力の低下が生じることを抑制できたと推測される。 On the other hand, by reducing the porosity of the positive electrode active material layer (arranging the positive electrode active materials densely), the distance between the particles of the positive electrode active material becomes small, so that the movement of electrons is less likely to be hindered. Further, it is possible to suppress an increase in the distance between the particles of the positive electrode active material due to the anchor effect. As a result, it is presumed that it was possible to suppress a decrease in output when the power storage element was left unattended.
本構成に係る蓄電素子は、粒子径が比較的に小さい負極活物質を備えるため、初期の出力を大きくすることができる。さらに、本構成に係る蓄電素子は、負極活物質の粒子同士の界面及び正極活物質の粒子同士の界面での電子伝導度が低下することを抑制できる。このため、本発明に係る蓄電素子は、放置した際の出力の低下が抑制され、かつ放置後の出力の絶対値を高くすることができる。 Since the power storage element according to this configuration includes a negative electrode active material having a relatively small particle size, the initial output can be increased. Further, the power storage element according to this configuration can suppress a decrease in electron conductivity at the interface between the particles of the negative electrode active material and the interface between the particles of the positive electrode active material. Therefore, the power storage element according to the present invention can suppress a decrease in output when left unattended, and can increase the absolute value of output after being left unattended.
上記の蓄電素子1では、前記正極活物質の平均粒径D50は、5μm以下である。
In the
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した後の出力の絶対値をさらに高くすることができる。 According to such a configuration, the absolute value of the output after the power storage element is left unattended can be further increased.
本構成に係る蓄電素子は、粒子径が比較的に小さい正極活物質を備えるため、初期の出力を大きくすることができる。さらに、本構成に係る蓄電素子は、負極活物質の粒子同士の界面での電子伝導度が低下することを抑制し、正極基材と正極活物質との間の接触抵抗が増加することを抑制できる。このため、本発明に係る蓄電素子は、放置後の出力の絶対値をさらに高くすることができる。 Since the power storage element according to this configuration includes a positive electrode active material having a relatively small particle size, the initial output can be increased. Further, the power storage element according to this configuration suppresses a decrease in electron conductivity at the interface between particles of the negative electrode active material and suppresses an increase in contact resistance between the positive electrode base material and the positive electrode active material. can. Therefore, the power storage element according to the present invention can further increase the absolute value of the output after being left unattended.
上記の蓄電素子1では、前記正極活物質層112の前記空孔率は、29%以下であり、前記負極活物質層122の前記空孔率は、35%以下である。
In the
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下をさらに抑制することができる。 According to such a configuration, it is possible to further suppress a decrease in output when the power storage element is left unattended.
本構成に係る蓄電素子は、負極活物質の粒子同士の界面での電子伝導度が低下することをさらに抑制し、正極活物質の粒子同士の距離が大きくなることをさらに抑制できる。このため、本発明に係る蓄電素子は、出力の低下をさらに抑制することができる。 The power storage element according to this configuration can further suppress a decrease in electron conductivity at the interface between the particles of the negative electrode active material, and further suppress an increase in the distance between the particles of the positive electrode active material. Therefore, the power storage element according to the present invention can further suppress a decrease in output.
上記の蓄電素子1では、前記負極活物質層122の前記空孔率は、30%以上である。
In the
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下を抑制することができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress a decrease in output when the power storage element is left unattended.
本構成に係る蓄電素子は、負極活物質の表面に適度に不働体膜が形成された結果、電解液と負極活物質との間の不要な反応を抑制できたと推測される。このため、本構成に係る蓄電素子は、出力の低下を効果的に抑制することができる。 It is presumed that the power storage element according to this configuration was able to suppress an unnecessary reaction between the electrolytic solution and the negative electrode active material as a result of an appropriate immobile film being formed on the surface of the negative electrode active material. Therefore, the power storage element according to this configuration can effectively suppress the decrease in output.
上記の蓄電素子1では、前記正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を主成分とする。
In the
かかる構成によれば、蓄電素子を放置した際の出力の低下を抑制し、かつ放置した後の出力の絶対値が高い蓄電素子を提供することができる。 According to such a configuration, it is possible to provide a power storage element that suppresses a decrease in output when the power storage element is left unattended and has a high absolute value of output after being left unattended.
本構成に係る蓄電素子は、リチウム金属複合酸化物を主成分とする。リチウム金属複合酸化物は、電解液と接触すると、LiMPO4(Mは、少なくともFe又はMnを含む。)で表されるポリオレフィン化合物と比較して脱酸素反応を生じやすい。このため、本構成に係る蓄電素子では、蓄電素子を放置した際の出力の低下を効果的に抑制し、かつ放置した後の出力の絶対値を効果的に高くすることができる。 The power storage element according to this configuration contains a lithium metal composite oxide as a main component. When the lithium metal composite oxide comes into contact with the electrolytic solution, it is more likely to cause a deoxygenation reaction as compared with the polyolefin compound represented by LiMPO 4 (M contains at least Fe or Mn). Therefore, in the power storage element according to this configuration, it is possible to effectively suppress a decrease in output when the power storage element is left unattended, and to effectively increase the absolute value of the output after being left unattended.
尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。 The power storage element of the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment, and a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. In addition, some of the configurations of certain embodiments can be deleted.
上記実施形態では、活物質層が各電極の金属箔の両面側にそれぞれ配置された電極について説明したが、これに限定されない。本発明の蓄電素子では、正極11又は負極12は、活物質層を金属箔の片面側にのみ備えてもよい。
In the above embodiment, the electrodes in which the active material layer is arranged on both side surfaces of the metal foil of each electrode have been described, but the present invention is not limited to this. In the power storage element of the present invention, the
上記実施形態では、正極活物質層112及び負極活物質層122が各電極の基材にそれぞれ直接的に積層されていたが、これに限定されない。本発明の蓄電素子では、正極活物質層112及び負極活物質層122の少なくとも一方が対応する電極の基材に対して間接的に積層されていてもよい。例えば、正極活物質層112と正極基材との間に、導電性粒子を含んだ導電層が積層され、正極活物質層112が導電層を介して正極基材に積層されてもよい。
In the above embodiment, the positive electrode
上記実施形態では、積層体22が巻回されてなる電極体2を備えた蓄電素子1について詳しく説明したが、これに限定されない。本発明の蓄電素子は、巻回されない積層体22を備えてもよい。詳しくは、それぞれ矩形状に形成された正極、セパレータ、負極、及びセパレータが、この順序で複数回積み重ねられてなる電極体を蓄電素子が備えてもよい。
In the above embodiment, the
本発明の蓄電素子は、ジグザグに折り曲げられたセパレータの間に、矩形状に形成された正極及び負極が配置されてなる電極体を備えてもよい。 The power storage element of the present invention may include an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode formed in a rectangular shape are arranged between separators bent in a zigzag manner.
上記実施形態では、蓄電素子1が充放電可能な非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)として用いられる場合について説明したが、これに限定されない。本発明の蓄電素子は、その種類や大きさ(容量)は任意である。また、上記実施形態では、蓄電素子1の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。
In the above embodiment, the case where the
蓄電素子1(例えば電池)は、図8に示すような蓄電装置100(蓄電素子が電池の場合は電池モジュール)100に用いられてもよい。蓄電装置100は、少なくとも二つの蓄電素子1と、二つの(異なる)蓄電素子1同士を電気的に接続するバスバ部材91と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子に適用されていればよい。
The power storage element 1 (for example, a battery) may be used in the power storage device 100 (battery module when the power storage element is a battery) 100 as shown in FIG. The
本発明は、つぎに示す形態で実施してもよい。 The present invention may be carried out in the following embodiments.
(1)正極基材と、該正極基材に積層される正極活物質層であって、正極活物質を含む正極活物質層と、を有する正極と、
負極基材と、該負極基材に積層される負極活物質層であって、負極活物質を含む負極活物質層と、を有する負極と、
を備え、
前記正極活物質層の空孔率は、31%以下であり、
前記負極活物質層の空孔率は、37%以下であり、
前記負極活物質の平均粒径D50は、8μm以下である蓄電素子。
(1) A positive electrode having a positive electrode base material, a positive electrode active material layer laminated on the positive electrode base material, and a positive electrode active material layer containing the positive electrode active material.
A negative electrode having a negative electrode base material, a negative electrode active material layer laminated on the negative electrode base material, and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
With
The porosity of the positive electrode active material layer is 31% or less.
The porosity of the negative electrode active material layer is 37% or less.
A power storage element having an average particle size D50 of the negative electrode active material of 8 μm or less.
(2)前記正極活物質の平均粒径D50は、5μm以下である(1)に記載の蓄電素子 (2) The power storage element according to (1), wherein the average particle size D50 of the positive electrode active material is 5 μm or less.
(3)前記正極活物質層の前記空孔率は、29%以下であり、
前記負極活物質層の前記空孔率は、35%以下である(1)又は(2)に記載の蓄電素子。
(3) The porosity of the positive electrode active material layer is 29% or less.
The power storage element according to (1) or (2), wherein the porosity of the negative electrode active material layer is 35% or less.
(4)前記負極活物質層の前記空孔率は、30%以上である(3)に記載の蓄電素子。 (4) The power storage element according to (3), wherein the porosity of the negative electrode active material layer is 30% or more.
(5)前記正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を主成分とする(1)〜(4)のいずれかに記載の蓄電素子。 (5) The power storage element according to any one of (1) to (4), wherein the positive electrode active material contains a lithium metal composite oxide as a main component.
(6)前記正極活物質層の前記空孔率は、27%以下である(1)〜(5)のいずれかに記載の蓄電素子。 (6) The power storage element according to any one of (1) to (5), wherein the porosity of the positive electrode active material layer is 27% or less.
(7)前記正極活物質層の前記空孔率は、23%以上である(1)〜(6)のいずれかに記載の蓄電素子。 (7) The power storage element according to any one of (1) to (6), wherein the porosity of the positive electrode active material layer is 23% or more.
(8)前記正極活物質のD50粒子径が2μm以上である(1)〜(7)のいずれかに記載の蓄電素子。 (8) The power storage element according to any one of (1) to (7), wherein the D50 particle size of the positive electrode active material is 2 μm or more.
(9)前記負極活物質のD50粒子径が5μm以下である(1)〜(8)のいずれかに記載の蓄電素子。 (9) The power storage element according to any one of (1) to (8), wherein the D50 particle size of the negative electrode active material is 5 μm or less.
(10)前記負極活物質のD50粒子径が2μm以上である(1)〜(9)のいずれかに記載の蓄電素子。 (10) The power storage element according to any one of (1) to (9), wherein the D50 particle size of the negative electrode active material is 2 μm or more.
(11)前記負極活物質は、難黒鉛化炭素を主成分とする(1)〜(10)のいずれかに記載の蓄電素子。 (11) The power storage element according to any one of (1) to (10), wherein the negative electrode active material is mainly composed of non-graphitized carbon.
(12)(1)〜(11)のいずれかに記載の前記蓄電素子を含む少なくとも二つの蓄電素子と、前記二つの蓄電素子同士を電気的に接続するバスバ部材と、を備える蓄電装置。 (12) A power storage device including at least two power storage elements including the power storage element according to any one of (1) to (11), and a bus bar member for electrically connecting the two power storage elements.
(13)(1)〜(12)のいずれかに記載の前記蓄電素子は、リチウムイオン二次電池である。 (13) The power storage element according to any one of (1) to (12) is a lithium ion secondary battery.
(14)正極と、負極と、を重ね合わせた電極体を形成することと、
前記電極体をケースに入れることと、を備え、
前記正極は、正極基材と、該正極基材に積層される正極活物質層であって、正極活物質を含む正極活物質層と、を有し、
前記負極は、負極基材と、該負極基材に積層される負極活物質層であって、負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、
前記正極活物質層の空孔率が31%以下であり、
前記負極活物質層の空孔率が37%以下であり、
該負極活物質の平均粒径D50が8μm以下である
蓄電素子の製造方法。
(14) Forming an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are superposed,
With the case of putting the electrode body in a case,
The positive electrode has a positive electrode base material, a positive electrode active material layer laminated on the positive electrode base material, and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material.
The negative electrode has a negative electrode base material, a negative electrode active material layer laminated on the negative electrode base material, and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
The porosity of the positive electrode active material layer is 31% or less.
The porosity of the negative electrode active material layer is 37% or less.
A method for manufacturing a power storage element in which the average particle size D50 of the negative electrode active material is 8 μm or less.
(15)前記正極活物質の平均粒径D50が5μm以下である(14)に記載の蓄電素子の製造方法。 (15) The method for manufacturing a power storage element according to (14), wherein the average particle size D50 of the positive electrode active material is 5 μm or less.
(16)前記正極活物質層の前記空孔率は、29%以下であり、
前記負極活物質層の前記空孔率は、35%以下である(14)又は(15)に記載の蓄電素子の製造方法。
(16) The porosity of the positive electrode active material layer is 29% or less.
The method for manufacturing a power storage element according to (14) or (15), wherein the porosity of the negative electrode active material layer is 35% or less.
(17)前記負極活物質層の空孔率は、30%以上である(16)に記載の蓄電素子の製造方法。 (17) The method for manufacturing a power storage element according to (16), wherein the negative electrode active material layer has a porosity of 30% or more.
(18)前記正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を主成分とする(14)〜(17)のいずれかに記載の蓄電素子の製造方法。 (18) The method for producing a power storage element according to any one of (14) to (17), wherein the positive electrode active material contains a lithium metal composite oxide as a main component.
以下に示すようにして、蓄電素子(リチウムイオン二次電池)を製造した。 A power storage element (lithium ion secondary battery) was manufactured as shown below.
(実施例1)
(1)正極の作製
溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)と、導電助剤(アセチレンブラック)と、バインダ(PVdF)と、平均粒径D50が4μmの活物質(微量成分としてZrを含むLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)の粒子と、を混合し、混練することで、正極用の合剤を調製した。導電助剤、バインダ、活物質の配合量は、それぞれ4.5質量%、4.5質量%、91.0質量%とした。調製した正極用の合剤を、乾燥後の塗布量(目付量)が17.2mg/cm2となるように、アルミニウム箔(15μm厚み)の両面にそれぞれ塗布した。乾燥後、ロールプレスを行った。ロールプレスを行う際の圧力は、200kgf/cm2であった。その後、真空乾燥して、溶剤を除去した。活物質層(1層分)の厚みは、32μmであった。また、正極活物質層の空孔率は、27%であった。
(Example 1)
(1) Preparation of positive electrode N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent, a conductive auxiliary agent (acetylene black), a binder (PVdF), and an active material having an average particle size D50 of 4 μm (Zr as a trace component) A mixture containing LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) was mixed and kneaded to prepare a mixture for a positive electrode. The blending amounts of the conductive auxiliary agent, the binder, and the active material were 4.5% by mass, 4.5% by mass, and 91.0% by mass, respectively. The prepared mixture for the positive electrode was applied to both sides of the aluminum foil (15 μm thickness) so that the coating amount (weight) after drying was 17.2 mg / cm 2. After drying, a roll press was performed. The pressure at the time of performing the roll press was 200 kgf / cm 2 . Then, it was vacuum dried to remove the solvent. The thickness of the active material layer (for one layer) was 32 μm. The porosity of the positive electrode active material layer was 27%.
(2)負極の作製
溶剤(NMP)と、バインダ(PVdF)と、平均粒径D50が4μmの活物質(粒子状の難黒鉛化炭素)と、を混合し、混練することで、負極用の合剤を調整した。バインダ、活物質の配合量は、それぞれ、3質量%、97質量%とした。調製した負極用の合剤を、乾燥後の塗布量(目付量)が7.9mg/cm2となるように、銅箔(8μm厚み)の両面にそれぞれ塗布した。乾燥後、ロールプレスを行った。ロールプレスを行う際の圧力は、300kgf/cm2であった。その後、真空乾燥して、溶剤を除去した。活物質層(1層分)の厚みは、35μmであった。また、負極活物質層の空孔率は、30%であった。
(2) Preparation of Negative Electrode A solvent (NMP), a binder (PVdF), and an active material (particulate non-graphitized carbon) having an average particle size D50 of 4 μm are mixed and kneaded for the negative electrode. The mixture was adjusted. The blending amounts of the binder and the active material were 3% by mass and 97% by mass, respectively. The prepared mixture for the negative electrode was applied to both sides of the copper foil (8 μm thickness) so that the coating amount (weight) after drying was 7.9 mg / cm 2. After drying, a roll press was performed. The pressure at the time of performing the roll press was 300 kgf / cm 2 . Then, it was vacuum dried to remove the solvent. The thickness of the active material layer (for one layer) was 35 μm. The porosity of the negative electrode active material layer was 30%.
正極の活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)及び負極の活物質(難黒鉛化炭素)の平均粒径D50は、つぎの通り測定した。測定装置としてレーザー回折・散乱式の粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社MT3000EX II)、測定制御ソフトとしてマイクロトラック専用アプリケーションソフトウェアDMS(ver.2)を用いる。具体的な測定手法としては、散乱式の測定モードを採用し、測定対象試料が分散溶媒中に分散する分散液が循環する湿式セルを2分超音波環境下に置いた後に、レーザー光を照射し、測定試料から散乱光分布を得る。そして、散乱光分布を対数正規分布により近似し、その粒度分布(横軸、σ)において最小を0.02、最大を2000に設定した範囲の中で累積度50%(D50)にあたる粒径を平均粒径とする。また、分散液には、分散溶媒としての水が含まれる。正極の活物質の平均粒径(D50)を測定する際、分散液には、分散液の総質量に対して0.025質量%の界面活性剤が含まれる。 The average particle size D50 of the positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) and the negative electrode active material (non-graphitized carbon) was measured as follows. A laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (Microtrack Bell Co., Ltd. MT3000EX II) is used as the measuring device, and the microtrack dedicated application software DMS (ver.2) is used as the measurement control software. As a specific measurement method, a scattering type measurement mode is adopted, and a wet cell in which a dispersion liquid in which a sample to be measured is dispersed in a dispersion solvent circulates is placed in an ultrasonic environment for 2 minutes and then irradiated with laser light. Then, the scattered light distribution is obtained from the measurement sample. Then, the scattered light distribution is approximated by a lognormal distribution, and the particle size corresponding to a cumulative degree of 50% (D50) within the range in which the minimum is 0.02 and the maximum is 2000 in the particle size distribution (horizontal axis, σ). The average particle size. The dispersion liquid also contains water as a dispersion solvent. When measuring the average particle size (D50) of the active material of the positive electrode, the dispersion liquid contains 0.025% by mass of a surfactant with respect to the total mass of the dispersion liquid.
(3)セパレータ
セパレータとして厚みが15μmのポリエチレン製微多孔膜に、厚さ6μmの無機質層が積層されたものを用いた。無機質層は、無機粒子としてのケイ酸アルミニウムとバインダとしてのポリフッ化ビニリデンを含んでいる。セパレータ全体の透気度は、100秒/100ccであった。
(3) Separator As a separator, a polyethylene microporous membrane having a thickness of 15 μm was used in which an inorganic layer having a thickness of 6 μm was laminated. The inorganic layer contains aluminum silicate as inorganic particles and polyvinylidene fluoride as a binder. The air permeability of the entire separator was 100 seconds / 100 cc.
(4)電解液の調製
電解液としては、以下の方法で調製したものを用いた。非水溶媒として、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートを、それぞれ、6:7:7の質量比となるように混合したものを用い、この非水溶媒に、塩濃度が1.2mol/LとなるようにLiPF6を溶解させ、電解液を調製した。
(4) Preparation of electrolytic solution As the electrolytic solution, the one prepared by the following method was used. As the non-aqueous solvent, a mixture of propylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate so as to have a mass ratio of 6: 7: 7 was used, and the salt concentration was 1.2 mol / L in this non-aqueous solvent. LiPF 6 was dissolved so as to prepare an electrolytic solution.
(5)ケース内への電極体の配置
上記の正極、上記の負極、上記の電解液、セパレータ、及びケースを用いて、一般的な方法によって電池を製造した。
まず、セパレータが上記の正極および負極の間に配されて積層されてなるシート状物を巻回した。次に、巻回されてなる電極体を、ケースとしてのアルミニウム製の角筒缶のケース本体内に配置した。続いて、正極及び負極を2つの外部端子それぞれに電気的に接続させた。さらに、ケース本体に蓋板を取り付けた。上記の電解液を、ケースの蓋板に形成された注液口からケース内に注入した。最後に、ケースの注液口を封止することにより、ケースを密閉した。このようにして、電池を製造した。
(5) Arrangement of Electrode Body in Case Using the above positive electrode, the above negative electrode, the above electrolytic solution, the separator, and the case, a battery was manufactured by a general method.
First, a sheet-like material formed by arranging and laminating a separator between the positive electrode and the negative electrode was wound around. Next, the wound electrode body was placed in the case body of an aluminum square tube can as a case. Subsequently, the positive electrode and the negative electrode were electrically connected to each of the two external terminals. Furthermore, a lid plate was attached to the case body. The above electrolytic solution was injected into the case through a liquid injection port formed on the lid plate of the case. Finally, the case was sealed by sealing the injection port of the case. In this way, the battery was manufactured.
(実施例2)
正極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を150kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質層の空孔率は、29%であった。
(Example 2)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 150 kgf / cm 2 when the positive electrode active material layer was formed. The porosity of the positive electrode active material layer was 29%.
(実施例3)
正極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を120kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質層の空孔率は、31%であった。
(Example 3)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 120 kgf / cm 2 when the positive electrode active material layer was formed. The porosity of the positive electrode active material layer was 31%.
(比較例1)
正極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を100kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質層の空孔率は、32%であった。
(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 100 kgf / cm 2 when the positive electrode active material layer was formed. The porosity of the positive electrode active material layer was 32%.
(実施例4)
負極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を200kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、31%であった。
(Example 4)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 200 kgf / cm 2 when the negative electrode active material layer was formed. The porosity of the negative electrode active material layer was 31%.
(実施例5)
負極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を60kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、33%であった。
(Example 5)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 60 kgf / cm 2 when the negative electrode active material layer was formed. The porosity of the negative electrode active material layer was 33%.
(実施例6)
負極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を40kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、35%であった。
(Example 6)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 40 kgf / cm 2 when the negative electrode active material layer was formed. The porosity of the negative electrode active material layer was 35%.
(実施例7)
負極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を20kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、37%であった。
(Example 7)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 20 kgf / cm 2 when the negative electrode active material layer was formed. The porosity of the negative electrode active material layer was 37%.
(比較例2)
負極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を10kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、39%であった。
(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure at the time of performing the roll press was 10 kgf / cm 2 when the negative electrode active material layer was formed. The porosity of the negative electrode active material layer was 39%.
(実施例8)
正極活物質の平均粒径D50を6μmとした点、及び正極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を180kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質層の空孔率は、24%であった。
(Example 8)
Lithium in the same manner as in Example 1 except that the average particle size D50 of the positive electrode active material was 6 μm and the pressure when the positive electrode active material layer was formed was 180 kgf / cm 2. Manufactured an ion secondary battery. The porosity of the positive electrode active material layer was 24%.
(実施例9)
正極活物質の平均粒径D50を6μmとした点、及び正極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を120kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質層の空孔率は、27%であった。
(Example 9)
Lithium in the same manner as in Example 1 except that the average particle size D50 of the positive electrode active material was 6 μm and the pressure when the positive electrode active material layer was formed was 120 kgf / cm 2. Manufactured an ion secondary battery. The porosity of the positive electrode active material layer was 27%.
(実施例10)
正極活物質の平均粒径D50を6μmとした点、及び正極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を80kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質層の空孔率は、29%であった。
(Example 10)
Lithium in the same manner as in Example 1 except that the average particle size D50 of the positive electrode active material was 6 μm and the pressure when the positive electrode active material layer was formed was 80 kgf / cm 2. Manufactured an ion secondary battery. The porosity of the positive electrode active material layer was 29%.
(比較例3)
負極活物質の平均粒径D50を10μmとした点、及び負極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を300kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、37%であった。
(Comparative Example 3)
Lithium in the same manner as in Example 1 except that the average particle size D50 of the negative electrode active material was 10 μm and the pressure when the negative electrode active material layer was formed was 300 kgf / cm 2. Manufactured an ion secondary battery. The porosity of the negative electrode active material layer was 37%.
(比較例4)
負極活物質の平均粒径D50を10μmとした点、及び負極活物質層を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を200kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、40%であった。
(Comparative Example 4)
Lithium in the same manner as in Example 1 except that the average particle size D50 of the negative electrode active material was 10 μm and the pressure when the negative electrode active material layer was formed was 200 kgf / cm 2. Manufactured an ion secondary battery. The porosity of the negative electrode active material layer was 40%.
(実施例11)
負極活物質の平均粒径D50を2.4μmとした点、及び負極活物質を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を40kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、33%であった。
(Example 11)
The same as in Example 1 except that the average particle size D50 of the negative electrode active material was 2.4 μm and the pressure when the negative electrode active material was formed was 40 kgf / cm 2. Manufactured a lithium-ion secondary battery. The porosity of the negative electrode active material layer was 33%.
(実施例12)
負極活物質の平均粒径D50を7μmとした点、及び負極活物質を形成するとき、ロールプレスを行う際の圧力を150kgf/cm2とした点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。負極活物質層の空孔率は、33%であった。
(Example 12)
Lithium ions in the same manner as in Example 1 except that the average particle size D50 of the negative electrode active material was 7 μm and the pressure when the negative electrode active material was formed was 150 kgf / cm 2. Manufactured a secondary battery. The porosity of the negative electrode active material layer was 33%.
<出力性能の評価>
測定対象のリチウムイオン二次電池について、25℃、5Aにて、上限4.2V、下限2.4Vでリチウムイオン二次電池を放電させることにより、電流容量1C(A)を定めた。つぎに、放電状態から25℃、1C(A)にて、このリチウムイオン二次電池を0.5時間充電することにより、SOC50%に調製した。このリチウムイオン二次電池を、オームの法則を利用した一般的な評価方法を用いて25℃、1秒後の出力値W1を算出した。具体的には、例えば、25℃、20C(A)で連続的に放電させ、放電開始から1秒後の電圧値及び電流値を測定する。ついで、1秒後の電圧値及び電流値を乗ずることにより、このリチウムイオン二次電池の初期の出力値W1を算出できる。
<Evaluation of output performance>
For the lithium ion secondary battery to be measured, the current capacity of 1C (A) was determined by discharging the lithium ion secondary battery at 25 ° C. and 5A at an upper limit of 4.2V and a lower limit of 2.4V. Next, the lithium ion secondary battery was charged at 25 ° C. and 1C (A) from the discharged state for 0.5 hours to adjust the SOC to 50%. For this lithium ion secondary battery, the output value W1 after 1 second was calculated at 25 ° C. using a general evaluation method using Ohm's law. Specifically, for example, the battery is continuously discharged at 25 ° C. and 20 C (A), and the voltage value and the
つぎに、放電状態から25℃、1C(A)にて上記リチウムイオン二次電池を0.8時間充電することにより、SOC80%に調整した。このリチウムイオン二次電池を、65℃で30日間(720時間)保管した。そして、このリチウムイオン二次電池をSOC50%に調整した後、オームの法則を利用した一般的な評価方法を用いて25℃、1秒後の出力値W2を算出した。具体的には、例えば、25℃、20C(A)で連続的に放電させ、放電開始から1秒後の電圧値及び電流値を測定する。ついで、1秒後の電圧値及び電流値を乗ずることにより、このリチウムイオン二次電池の放置後の出力値W2を算出できる。
Next, the SOC was adjusted to 80% by charging the lithium ion secondary battery at 25 ° C. and 1C (A) for 0.8 hours from the discharged state. This lithium ion secondary battery was stored at 65 ° C. for 30 days (720 hours). Then, after adjusting the lithium ion secondary battery to
算出された初期の出力値W1と放置後の出力値W2を用い、放置後の出力の維持率R(%)は、R=W2/W1に基づいて算出した。 Using the calculated initial output value W1 and the output value W2 after being left unattended, the maintenance rate R (%) of the output after being left unattended was calculated based on R = W2 / W1.
実施例1〜10及び比較例1〜4のそれぞれについて、初期の出力値W1、放置後の出力値W2、及び出力の維持率Rを算出した。 For each of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4, the initial output value W1, the output value W2 after being left unattended, and the output maintenance rate R were calculated.
各実施例及び各比較例のリチウムイオン二次電池の放置後の出力W2及び放置後の出力の維持率Rの評価結果を表した表を表1に示す。このとき、放置後の出力W2は、実施例1の値を100としたときの比率(%)を示す。 Table 1 shows the evaluation results of the output W2 of the lithium ion secondary batteries of each example and each comparative example after being left unattended and the maintenance rate R of the output after being left unattended. At this time, the output W2 after being left to stand indicates the ratio (%) when the value of Example 1 is set to 100.
表1から把握されるように、正極活物質層の空孔率及び負極活物質層の空孔率がいずれも比較的に小さく、且つ負極活物質の平均粒径D50が比較的に小さい実施例1〜12は、放置後の出力及び出力の維持率が大きな値を示している。一方、正極活物質層の空孔率又は負極活物質層の空孔率が比較的に大きかった比較例1〜2は、放置後の出力及び出力の維持率のいずれも小さな値を示している。また、負極活物質の平均粒径D50が比較的に大きい比較例3〜4は、放置後の出力が小さな値を示している。 As can be seen from Table 1, the porosity of the positive electrode active material layer and the porosity of the negative electrode active material layer are both relatively small, and the average particle size D50 of the negative electrode active material is relatively small. 1 to 12 show a large value of the output after being left unattended and the maintenance rate of the output. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the porosity of the positive electrode active material layer or the porosity of the negative electrode active material layer was relatively large, both the output and the output maintenance rate after being left to stand show small values. .. Further, in Comparative Examples 3 to 4 in which the average particle size D50 of the negative electrode active material is relatively large, the output after being left to stand is small.
上記結果から、正極活物質層の空孔率が31%以下であり、負極活物質層の空孔率が37%以下であり、負極活物質の平均粒径D50が8μm以下であることを満たすことによって、放置した際の出力の低下を抑制し、且つ放置した後の出力の絶対値が高いリチウムイオン二次電池が得られることを理解できる。 From the above results, it is satisfied that the porosity of the positive electrode active material layer is 31% or less, the porosity of the negative electrode active material layer is 37% or less, and the average particle size D50 of the negative electrode active material is 8 μm or less. Therefore, it can be understood that a lithium ion secondary battery can be obtained in which a decrease in output when left unattended is suppressed and an absolute value of output after being left unattended is high.
また、実施例1〜3と、実施例8〜10とを比較すると、正極活物質の平均粒径D50が5μm以下であることによって、放置した後の出力の絶対値をさらに高いリチウムイオン二次電池が得られることを理解できる。 Further, comparing Examples 1 to 3 and Examples 8 to 10, the average particle size D50 of the positive electrode active material is 5 μm or less, so that the absolute value of the output after being left to stand is further higher than that of the lithium ion secondary. Understand that batteries are available.
さらに、実施例1〜2及び実施例4〜6と、実施例3及び実施例7とを比較すると、正極活物質層の空孔率が29%以下であり、負極活物質層の空孔率が35%以下であることによって、放置した際の出力の低下をさらに抑制したリチウムイオン二次電池が得られることを理解できる。 Further, comparing Examples 1 and 2 and Examples 4 to 6 with Examples 3 and 7, the porosity of the positive electrode active material layer is 29% or less, and the porosity of the negative electrode active material layer is 29% or less. It can be understood that a lithium ion secondary battery in which the decrease in output when left unattended can be further suppressed when the value is 35% or less.
また、実施例4〜6と、実施例1及び実施例7とを比較すると、負極活物質層の空孔率が31%以上であることによって、放置した際の出力の低下をより抑制したリチウムイオン二次電池が得られることを理解できる。 Further, comparing Examples 4 to 6 with Examples 1 and 7, the porosity of the negative electrode active material layer is 31% or more, so that the decrease in output when left unattended is further suppressed. It is understandable that an ion secondary battery can be obtained.
さらに、実施例5と、実施例11及び実施例12とを比較すると、負極活物質の平均粒径D50が5μm以下であることによって、放置した後の出力の絶対値がより高いリチウムイオン二次電池が得られることを理解できる。また、負極活物質の平均粒径D50が3μm以上であることによって、放置した際の出力の低下をより抑制したリチウムイオン二次電池が得られることを理解できる。 Further, comparing Example 5 with Examples 11 and 12, the lithium ion secondary has a higher absolute value of output after being left to stand because the average particle size D50 of the negative electrode active material is 5 μm or less. Understand that batteries are available. Further, it can be understood that when the average particle size D50 of the negative electrode active material is 3 μm or more, a lithium ion secondary battery in which a decrease in output when left unattended can be further suppressed.
1:蓄電素子(リチウムイオン二次電池)、
2:電極体、
22:積層体、
26:非被覆積層部、
261:二分された非被覆積層部
27:中空部、
3:ケース、
31:ケース本体、
32:蓋板、
321:ガス排出弁、
326:注液栓、
4:セパレータ、
5:集電体、
50:クリップ部材、
6:絶縁カバー、
7:外部端子、
71:面、
11:正極、
111:金属箔(正極基材)、
112:正極活物質層、
105:非被覆部、
12:負極、
121:金属箔(負極基材)、
122:負極活物質層、
105:非被覆部、
91:バスバ部材、
100:蓄電装置。
1: Power storage element (lithium ion secondary battery),
2: Electrode body,
22: Laminated body,
26: Uncoated laminated part,
261: Divided uncoated laminated part 27: Hollow part,
3: Case,
31: Case body,
32: Cover plate,
321: Gas discharge valve,
326: Liquid injection plug,
4: Separator,
5: Current collector,
50: Clip member,
6: Insulation cover,
7: External terminal,
71: Face,
11: Positive electrode,
111: Metal leaf (positive electrode base material),
112: Positive electrode active material layer,
105: Uncovered part,
12: Negative electrode,
121: Metal leaf (negative electrode base material),
122: Negative electrode active material layer,
105: Uncovered part,
91: Bus bar member,
100: Power storage device.
Claims (6)
負極基材と、該負極基材に積層される負極活物質層であって、負極活物質を含む負極 活物質層と、を有する負極と、
を備え、
前記正極活物質層の空孔率は、31%以下であり、
前記負極活物質層の空孔率は、37%以下であり、
前記正極活物質はリチウム金属複合酸化物を主成分とし、前記リチウム金属複合酸化 物の平均粒径D50は、5μm以下であり、
前記負極活物質は次の(A)又は(B)である蓄電素子。
(A)炭素質材料からなり、前記炭素質材料の平均粒径D50は、8μm以下であ る。
(B)難黒鉛化炭素を主成分とし、前記難黒鉛化炭素の平均粒径D50は、8μm 以下である。
(ただし、次の(1)及び(2)を除く。
(1)Crを16〜26質量%、Moを0.5〜7質量%含有するステンレス鋼を集 電箔に用いるバイポーラ電池。
(2)Crを18〜20質量%、Niを8〜11質量%含有するステンレス鋼を集電 箔に用いるバイポーラ電池。)。 A positive electrode having a positive electrode base material, a positive electrode active material layer laminated on the positive electrode base material, and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material.
A negative electrode having a negative electrode base material, a negative electrode active material layer laminated on the negative electrode base material, and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
With
The porosity of the positive electrode active material layer is 31% or less.
The porosity of the negative electrode active material layer is 37% or less.
The positive electrode active material contains a lithium metal composite oxide as a main component, and the average particle size D50 of the lithium metal composite oxide is 5 μm or less.
The negative electrode active material is a power storage element according to the following (A) or (B).
(A) consisting of carbon material, the average particle diameter D50 of the carbonaceous material, Ru der below 8 [mu] m.
(B) The main component is carbon-non-graphitized carbon, and the average particle size D50 of the non-graphitized carbon is 8 μm or less.
(However, the following (1) and (2) are excluded.
(1) A bipolar battery using stainless steel containing 16 to 26% by mass of Cr and 0.5 to 7% by mass of Mo as a current collector foil.
(2) A bipolar battery using stainless steel containing 18 to 20% by mass of Cr and 8 to 11% by mass of Ni as a current collector foil. ).
負極基材と、該負極基材に積層される負極活物質層であって、負極活物質を含む負極 活物質層と、を有する負極と、
を備え、
前記正極活物質層の空孔率は、29%以下であり、
前記負極活物質層の空孔率は、35%以下であり、
前記正極活物質はリチウム金属複合酸化物を主成分とし、
前記負極活物質は次の(A)又は(B)である蓄電素子。
(A)炭素質材料からなり、前記炭素質材料の平均粒径D50は、8μm以下であ る。
(B)難黒鉛化炭素を主成分とし、前記難黒鉛化炭素の平均粒径D50は、8μm 以下である。
(ただし、次の(1)及び(2)を除く。
(1)Crを16〜26質量%、Moを0.5〜7質量%含有するステンレス鋼を集 電箔に用いるバイポーラ電池。
(2)Crを18〜20質量%、Niを8〜11質量%含有するステンレス鋼を集電 箔に用いるバイポーラ電池。)。 A positive electrode having a positive electrode base material, a positive electrode active material layer laminated on the positive electrode base material, and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material.
A negative electrode having a negative electrode base material, a negative electrode active material layer laminated on the negative electrode base material, and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
With
The porosity of the positive electrode active material layer is 29% or less.
The porosity of the negative electrode active material layer is 35% or less.
The positive electrode active material contains a lithium metal composite oxide as a main component .
The negative electrode active material is a power storage element according to the following (A) or (B).
(A) consisting of carbon material, the average particle diameter D50 of the carbonaceous material, Ru der below 8 [mu] m.
(B) The main component is carbon-non-graphitized carbon, and the average particle size D50 of the non-graphitized carbon is 8 μm or less.
(However, the following (1) and (2) are excluded.
(1) A bipolar battery using stainless steel containing 16 to 26% by mass of Cr and 0.5 to 7% by mass of Mo as a current collector foil.
(2) A bipolar battery using stainless steel containing 18 to 20% by mass of Cr and 8 to 11% by mass of Ni as a current collector foil. ).
負極基材と、該負極基材に積層される負極活物質層であって、負極活物質を含む負極 活物質層と、を有する負極と、
を備え、
前記正極活物質層の空孔率は、31%以下であり、
前記負極活物質層の空孔率は、37%以下であり、
前記正極活物質はリチウム金属複合酸化物を主成分とし、
前記負極活物質は次の(A)又は(B)である蓄電素子。
(A)炭素質材料からなり、前記炭素質材料の平均粒径D50は、8μm以下であ る。
(B)難黒鉛化炭素を主成分とし、前記難黒鉛化炭素の平均粒径D50は、8μm 以下である。
(ただし、次の(1)乃至(3)を除く。
(1)Crを16〜26質量%、Moを0.5〜7質量%含有するステンレス鋼を集 電箔に用いるバイポーラ電池。
(2)Crを18〜20質量%、Niを8〜11質量%含有するステンレス鋼を集電 箔に用いるバイポーラ電池。
(3)リチウム含有複合酸化物である正極活物質とリチウムイオンを吸蔵・放出する 負極活物質と、非水電解質とを備えてなる二次電池において、公称電圧より下げた所 定の電圧以下で用いるようになされており、かつ、公称電圧まで充電した際の電池の 放電容量をAとし、公称電圧より下げた所定の電圧まで充電した際の電池の放電容量 をBとし、また、負極活物質の最大可逆放電量をCとしたとき、下記の式のDに相当 する充電容量分のリチウム量をプリチャージした負極活物質を用いることを特徴とす る非水電解質二次電池。式 A−B≦D≦C−A。)。 A positive electrode having a positive electrode base material, a positive electrode active material layer laminated on the positive electrode base material, and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material.
A negative electrode having a negative electrode base material, a negative electrode active material layer laminated on the negative electrode base material, and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
With
The porosity of the positive electrode active material layer is 31% or less.
The porosity of the negative electrode active material layer is 37% or less.
The positive electrode active material contains a lithium metal composite oxide as a main component .
The negative electrode active material is a power storage element according to the following (A) or (B).
(A) consisting of carbon material, the average particle diameter D50 of the carbonaceous material, Ru der below 8 [mu] m.
(B) The main component is carbon-non-graphitized carbon, and the average particle size D50 of the non-graphitized carbon is 8 μm or less.
(However, the following (1) to (3) are excluded.
(1) A bipolar battery using stainless steel containing 16 to 26% by mass of Cr and 0.5 to 7% by mass of Mo as a current collector foil.
(2) A bipolar battery using stainless steel containing 18 to 20% by mass of Cr and 8 to 11% by mass of Ni as a current collector foil.
(3) In a secondary battery including a positive electrode active material which is a lithium-containing composite oxide, a negative electrode active material which stores and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, the voltage is lower than the nominal voltage. The discharge capacity of the battery when it is charged to the nominal voltage is A, the discharge capacity of the battery when it is charged to a predetermined voltage lower than the nominal voltage is B, and the negative electrode active material is used. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that a negative electrode active material precharged with the amount of lithium corresponding to the charge capacity corresponding to D in the following formula is used, where C is the maximum reversible discharge amount of. Formula AB ≦ D ≦ CA. ).
請求項2又は3に記載の蓄電素子。 The average particle size D50 of the lithium metal composite oxide is 5 μm or less.
The power storage element according to claim 2 or 3.
前記負極活物質層の前記空孔率は、35%以下である
請求項1又は3に記載の蓄電素子。 The porosity of the positive electrode active material layer is 29% or less.
The power storage element according to claim 1 or 3, wherein the porosity of the negative electrode active material layer is 35% or less.
請求項2又は5に記載の蓄電素子。
The power storage element according to claim 2 or 5, wherein the porosity of the negative electrode active material layer is 30% or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015192305A JP6946617B2 (en) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Power storage element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015192305A JP6946617B2 (en) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Power storage element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017069002A JP2017069002A (en) | 2017-04-06 |
JP6946617B2 true JP6946617B2 (en) | 2021-10-06 |
Family
ID=58492703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015192305A Active JP6946617B2 (en) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Power storage element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6946617B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115244737A (en) * | 2020-03-27 | 2022-10-25 | 宁德新能源科技有限公司 | Negative electrode active material, and electrochemical device and electronic device using same |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3809662B2 (en) * | 1996-01-30 | 2006-08-16 | 宇部興産株式会社 | Non-aqueous secondary battery |
JP3575308B2 (en) * | 1999-01-19 | 2004-10-13 | 日本電池株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP4412778B2 (en) * | 1999-01-20 | 2010-02-10 | 三洋電機株式会社 | Polymer electrolyte battery |
CA2268316C (en) * | 1999-04-07 | 2003-09-23 | Hydro-Quebec | Lipo3 composite |
EP1889311B1 (en) * | 2005-04-19 | 2010-05-05 | LG Chem, Ltd. | Safety-improved electrode by introducing crosslinkable polymer and electrochemical device comprising the same |
JP2007242424A (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co Ltd | Bipolar battery |
JP6250998B2 (en) * | 2013-09-17 | 2017-12-20 | 株式会社東芝 | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack |
WO2015041167A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 日立マクセル株式会社 | Non-aqueous secondary battery |
JP6287185B2 (en) * | 2013-12-26 | 2018-03-07 | 三洋電機株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery |
-
2015
- 2015-09-29 JP JP2015192305A patent/JP6946617B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017069002A (en) | 2017-04-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20120288759A1 (en) | Lithium secondary battery | |
JP5664932B2 (en) | Secondary battery | |
JP2014053193A (en) | Method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery | |
US20170054179A1 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
WO2018043375A1 (en) | Electricity storage element and method for producing same | |
JP2021052006A (en) | Power storage element | |
JP6851711B2 (en) | Power storage element | |
JP5843107B2 (en) | Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2013246900A (en) | Secondary battery | |
JP6770701B2 (en) | Power storage element | |
JP6008188B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP6573150B2 (en) | Electricity storage element | |
JP2017195059A (en) | Method of recovering output of electricity storage element | |
JP2016186886A (en) | Electricity storage element | |
JP6946617B2 (en) | Power storage element | |
JP6880488B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP7054479B2 (en) | Power storage element | |
JP6950532B2 (en) | Power storage element | |
JP2017168302A (en) | Power storage device | |
JP6812928B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP6770716B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP6853944B2 (en) | Power storage element | |
JP7008275B2 (en) | Power storage element | |
JP6900928B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP6947182B2 (en) | Power storage element and manufacturing method of power storage element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180925 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190722 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190730 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20190926 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191106 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200212 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200409 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200908 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20201105 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210406 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20210602 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210719 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210817 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210830 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6946617 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |