JP6948563B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Description
本実施形態の電池ケース30は、図1〜図3に示されるように、内部空間が捲回電極体80に対応する箱状となるように形成された角型の電池ケースである。電池ケース30は、ケース本体32と、蓋体34とを備えている。ケース本体32は、有底直方体形状を有しており、一側面(上面)が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体34は、当該ケース本体32の開口(上面の開口)に取り付けられて当該開口を塞ぐ部材である。ケース本体32は、その上部の開口を介して捲回電極体80および絶縁フィルム10を収容することができる。電池ケース30の材質は、高強度であり軽量で熱伝導性が良い金属製材料が好ましく、このような金属製材料として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などが挙げられる。
捲回電極体80は、図2〜図4に示すように、長尺状のシート材である正極50と、長尺状のシート材である負極60とを、2枚の長尺状のシート材であるセパレータ70を介して重ね合わせて、該長尺な正負極の長手方向に捲回され、扁平形状に形成されている。そして、捲回電極体80は、図2および図3に示すように、捲回軸WLに直交する断面の長手方向が上記電池ケースの上下方向となるように(該捲回電極体80の捲回軸WLが横倒しとなる姿勢、即ち、捲回電極体80の捲回軸WLの法線方向に上記電池ケース本体32の開口が形成されている。)、電池ケース30内に収容されている。
捲回電極体80と電池ケース30の内壁との間には、当該捲回電極体80と電池ケース30とを隔離する絶縁フィルム10が配置されている。かかる絶縁フィルム10によって、発電要素である捲回電極体80と電池ケース30との直接的な接触が回避され、捲回電極体80と電池ケース30との電気的な絶縁を確保することができる。
絶縁フィルム10の材質は、絶縁部材として機能し得る材料で構成される。典型的には、柔軟な素材が好ましい。例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)などの樹脂材料を好適に使用することができる。熱可塑性樹脂からなる絶縁フィルムは、特に好適に使用し得る。
ここで開示されるリチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)100の正極50は、正極集電体52と、該正極集電体52上に形成された正極活物質層54とを有している。正極集電体52としては、従来の非水電解液二次電池に用いられる正極集電体と同様、導電性の良好な金属からなる導電性材料を好適に採用し得る。例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン又はステンレス鋼或いはこれらを主成分とする合金を用いることができ、アルミニウム箔が好適である。正極活物質層54は、少なくとも正極活物質を含有する。かかる正極活物質としては、例えば層状構造やスピネル構造等の結晶構造を有するリチウム複合金属酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiFePO4等)が挙げられる。正極活物質層54は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、アセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、PVDF等を使用し得る。
ここで開示されるリチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)100の負極60は、負極集電体62と、該負極集電体62上に形成された負極活物質層64とを有している。負極60を構成する負極集電体62としては、従来の非水電解液二次電池の負極に用いられる負極集電体と同様、導電性の良好な金属からなる導電性材料を好適に採用し得る。例えば、銅、ニッケル、チタン又はステンレス鋼或いはこれらを主成分とする合金を用いることができ、銅箔が好適である。負極活物質層64は、少なくとも負極活物質を含む。負極活物質としては、非水電解液二次電池の負極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の1種または2種以上を、特に限定なく使用することができる。例えば、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を有する粒子状の炭素材料(カーボン粒子)を好適に用いることができる。炭素材料としては、いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもののいずれも好適に使用され得る。なかでも特に、高いエネルギー密度が得られる黒鉛粒子(天然黒鉛および人造黒鉛のいずれであってもよい)を好ましく使用することができる。
セパレータ70は、正極50(正極活物質層54)と負極60(負極活物質層64)とを絶縁する機能を有する部材である。セパレータ70としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シート(フィルム)が挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。
非水電解液90としては、非水溶媒中に支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる各種の有機溶媒、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等を特に限定なく用いることができる。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。なかでも、比誘電率の高いECを含む非水溶媒を好適に用いることができる。支持塩としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4等のリチウム塩(好ましくはLiPF6)を用いることができる。支持塩の濃度は、好ましくは0.7mol/L以上1.3mol/L以下であり、特に好ましくは凡そ1.1mol/Lである。
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、これら材料の質量比がLNCM:AB:PVDF=93:4:3となるよう混練機に投入し、N−メチルピロリドン(NMP)で混練して、正極ペーストを調製した。このペーストを、長尺状のアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗工して、乾燥後にプレス加工し、正極集電体上に正極活物質層を備えた正極を作製した。
また、PP/PE/PPの三層構造を有するセパレータを2枚準備した。
実施例2〜5に係るリチウムイオン二次電池は、親水化処理の条件を制御することにより、ぬれ張力を表1に示すように調節して作製した絶縁フィルムを用いること、および/または、混合溶媒の混合比を制御することにより、粘度を表1に示すように調節して調製した非水電解液を用いること、以外は、実施例1に係るリチウムイオン二次電池の作製方法と同様の方法によって作製した。
各例に係るリチウムイオン二次電池について、初期電池抵抗(IV抵抗)の測定を行った。具体的には、25℃の温度条件下において、1Cの充電レートで定電流充電を行ってSOC60%の充電状態に調整した後、10Cで10秒間の定電流放電を行い、この時の電流(I)−電圧(V)のプロット値の一次近似直線の傾きから初期電池抵抗(IV抵抗)(mΩ)を求めた。
ここで、「1C」とは、理論容量より予測した電池容量(Ah)を一時間で充電することができる電流値をいうこととする。また、「SOC」(State of Charge)は、上記初期容量をSOC100%としたときの充電状態をいうこととする。
次に、上記初期電池抵抗を測定した後の各例にかかる電池について、60℃の温度条件下において充放電を500サイクル繰り返す充放電サイクル試験を行い、該サイクル試験後の抵抗増加率(倍)を算出した。具体的には以下のとおりである。
上記充放電サイクル試験は、60℃の温度条件下において、2Cの充電レートでSOC100%の充電状態まで定電流充電を行い、その後2Cの放電レートでSOC0%の充電状態まで定電流放電を行う充放電を1サイクルとした。上記充放電サイクル試験終了後の各電池について、上記初期電池抵抗測定と同様の方法で、充放電サイクル試験後の電池抵抗を測定した。そして、以下の式:抵抗増加率(倍)=充放電サイクル試験後のIV抵抗÷初期電池抵抗;から抵抗増加率を算出した。結果を表1の該当欄に示す。
30 電池ケース
32 ケース本体
34 蓋体
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極
52 正極集電体
53 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極
62 負極集電体
63 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータ
80 捲回電極体
90 非水電解液
100 非水電解液二次電池(リチウムイオン二次電池)
Claims (1)
- 長尺な正極と長尺な負極とがセパレータを介して重ねあわされ、該長尺な正負極の長手方向に捲回されて形成された捲回電極体と、
非水電解液と、
前記捲回電極体と前記非水電解液とが収容される電池ケースと、
袋状に形成された絶縁フィルムであって、前記電池ケースの内壁に実質的に密着して保持されつつ、該電池ケースの内壁と前記捲回電極体との間に配置されて、該電池ケースと該捲回電極体とを電気的に絶縁している絶縁フィルムと、
を備える非水電解液二次電池であって、
前記絶縁フィルムの厚みは、30μmより大きく200μm以下であり、
前記絶縁フィルムのぬれ張力は、25mN/cm以上50mN/cm以下であり、
前記非水電解液の粘度は、3cP以上5cP以下である、
ことを特徴とする非水電解液二次電池。
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-
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