JP6952883B2 - Electrode group, non-aqueous electrolyte battery and battery pack - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電極群、非水電解質電池及び電池パックに関する。 Embodiments of the present invention relate to electrode groups, non-aqueous electrolyte batteries and battery packs.
従来の鉛蓄電池システムよりも高い入出力特性を発現するシステムの開発が行われている。1つのアプローチとしては、12V系の鉛蓄電池と、リチウムイオン二次電池とを並列接続して、蓄電池システムを構築することが挙げられる。このような蓄電システムは、例えば自動車に実装することで、例えば、自動車の制動の際の回生エネルギーの効率的な回収と、アイドリングストップ後のエンジン再始動に必要な大電流放電との実現を期待することができる。 Systems are being developed that exhibit higher input / output characteristics than conventional lead-acid battery systems. One approach is to construct a storage battery system by connecting a 12V lead-acid battery and a lithium-ion secondary battery in parallel. By mounting such a power storage system in an automobile, for example, it is expected to realize efficient recovery of regenerative energy when braking the automobile and large current discharge required for restarting the engine after idling stop. can do.
ガス発生を十分に抑えることができる非水電解質電池を実現することができる電極群、この電極群を備えた非水電解質電池及びこの非水電解質電池を具備した電池パックを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrode group capable of realizing a non-aqueous electrolyte battery capable of sufficiently suppressing gas generation, a non-aqueous electrolyte battery provided with this electrode group, and a battery pack provided with the non-aqueous electrolyte battery. do.
第1の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、正極と、リチウムチタン複合酸化物を含む負極と、少なくとも正極と負極との間に配置されたセパレータとを具備する。セパレータの透地率は、10%以上20%以下である。セパレータは、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。According to the first embodiment, a group of electrodes is provided. This electrode group includes a positive electrode, a negative electrode containing a lithium titanium composite oxide, and a separator arranged at least between the positive electrode and the negative electrode. The transparency of the separator is 10% or more and 20% or less. The separator comprises a porous fiber sheet containing pores and fibers having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more.
第2の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第1の実施形態に係る電極群と、非水電解質とを具備する。 According to the second embodiment, a non-aqueous electrolyte battery is provided. This non-aqueous electrolyte battery includes an electrode group according to the first embodiment and a non-aqueous electrolyte battery.
第3の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第2の実施形態に係る非水電解質電池を具備する。 According to a third embodiment, a battery pack is provided. This battery pack comprises the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment.
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to common configurations throughout the embodiment, and duplicate description will be omitted. In addition, each figure is a schematic view for explaining the embodiment and promoting its understanding, and there are some differences in its shape, dimensions, ratio, etc. from the actual device, but these are described below and known techniques. The design can be changed as appropriate by taking into consideration.
(第1の実施形態)
第1の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、正極と、リチウムチタン複合酸化物を含む負極と、少なくとも正極と負極との間に配置されたセパレータとを具備する。セパレータの透地率は、10%以上20%以下である。セパレータは、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。(First Embodiment)
According to the first embodiment, a group of electrodes is provided. This electrode group includes a positive electrode, a negative electrode containing a lithium titanium composite oxide, and a separator arranged at least between the positive electrode and the negative electrode. The transparency of the separator is 10% or more and 20% or less. The separator comprises a porous fiber sheet containing pores and fibers having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more.
ここで、セパレータの透地率とは、より具体的には、セパレータの主面、例えば正極又は負極に対向していた面を、このセパレータが正極又は負極に対向していた方向、すなわち電極群において正極と負極とが向き合っていた方向から走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)によって観察することによって得られた像(SEM像)を以下に詳述する二値化処理に供して得られる像に占める、セパレータの材料、例えば繊維が存在しない部分の面積の割合ということができる。第1の実施形態に係る電極群が具備するセパレータは、この透地率が10%以上20%以下であることにより、正極と負極とが向き合った方向に貫通している貫通孔を比較的多く有することができる。 Here, the transparency of the separator is more specifically defined as a direction in which the main surface of the separator, for example, a surface facing the positive electrode or the negative electrode, is facing the positive electrode or the negative electrode, that is, an electrode group. The image (SEM image) obtained by observing with a scanning electron microscope (SEM) from the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other is subjected to the binarization treatment described in detail below. It can be said to be the ratio of the area of the material of the separator, for example, the portion where no fiber is present to the image. The separator included in the electrode group according to the first embodiment has a relatively large number of through holes penetrating in the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other because the transparency is 10% or more and 20% or less. Can have.
また、第1の実施形態に係る電極群が具備するセパレータは、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。The separator included in the electrode group according to the first embodiment includes a porous fiber sheet containing pores and fibers having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more.
透地率が10%以上20%以下であり、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含むセパレータを具備した第1の実施形態に係る電極群は、正極と負極とが向き合った方向における流体の移動を促進することができる。In the first embodiment, the first embodiment comprising a separator containing a porous fiber sheet containing pores and fibers having a permeation rate of 10% or more and 20% or less and a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more. Such an electrode group can promote the movement of the fluid in the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other.
それにより、第1の実施形態に係る電極群は、ガス発生の要因となる成分を、電極群の何れかの部材に局所的に滞留させずに、セパレータを通して電極群全体に拡散させることができる。例えば、負極が含むリチウムチタン複合酸化物は、水分と反応してガスを発生し得る。第1の実施形態に係る電極群では、負極に水分が含まれていたとしても、この水分の少なくとも一部をセパレータ及び正極へと移動させることができる。ガス発生の要因となる成分が負極に局所的に滞留している場合、電極群からのこの成分の放出は、負極の露出した表面を通してのみとなる。しかしながら、第1の実施形態に係る電極群は、ガス発生の要因となる成分を正極及びセパレータへと拡散させることができるので、この成分を、負極の露出した表面だけでなく、正極及びセパレータのそれぞれの露出した表面を通して放出することもできる。同様に、正極におけるガス発生の要因となる成分が正極に存在している場合、この成分を、正極の露出した表面だけでなく、負極及びセパレータのそれぞれの露出した表面から放出することができる。つまり、第1の実施形態に係る電極群は、ガス発生の要因となる成分の滞留量を十分に低減することができる。 As a result, the electrode group according to the first embodiment can diffuse the component that causes gas generation to the entire electrode group through the separator without locally staying in any member of the electrode group. .. For example, the lithium-titanium composite oxide contained in the negative electrode can react with moisture to generate gas. In the electrode group according to the first embodiment, even if the negative electrode contains water, at least a part of the water can be transferred to the separator and the positive electrode. When a component that causes gas generation is locally retained in the negative electrode, the release of this component from the electrode group is only through the exposed surface of the negative electrode. However, since the electrode group according to the first embodiment can diffuse the component that causes gas generation to the positive electrode and the separator, this component can be applied not only to the exposed surface of the negative electrode but also to the positive electrode and the separator. It can also be emitted through each exposed surface. Similarly, when a component that causes gas generation in the positive electrode is present in the positive electrode, this component can be released not only from the exposed surface of the positive electrode but also from the exposed surfaces of the negative electrode and the separator. That is, the electrode group according to the first embodiment can sufficiently reduce the retention amount of the component that causes gas generation.
第1の実施形態に係る電極群は、以上に説明した作用を、非水電解質電池に組み込まれた状態においても発現することができる。 The electrode group according to the first embodiment can exhibit the above-described actions even in a state of being incorporated in a non-aqueous electrolyte battery.
そして、負極が含むリチウムチタン複合酸化物は、Liが挿入されていない状態では、電気的絶縁性を示すことができる。第1の実施形態に係る電極群が具備するセパレータは先に説明したように正極と負極とが向き合った方向に貫通している貫通孔を比較的多く有することができるが、万が一この貫通孔を介して正極と負極とが接触しても、負極の接触部分においてすぐさまリチウムチタン複合酸化物からLiが脱離される。それにより、負極の接触部分は、絶縁状態となり、更なる通電を防ぐことができる。 The lithium-titanium composite oxide contained in the negative electrode can exhibit electrical insulation in a state where Li is not inserted. As described above, the separator included in the electrode group according to the first embodiment can have a relatively large number of through holes penetrating in the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other. Even if the positive electrode and the negative electrode come into contact with each other, Li is immediately desorbed from the lithium-titanium composite oxide at the contact portion of the negative electrode. As a result, the contact portion of the negative electrode is in an insulated state, and further energization can be prevented.
更に、リチウムチタン複合酸化物は、リチウムの酸化還元電位に対して十分に高い、リチウムの吸蔵及び放出電位(作動電位)を示すことができる。そのため、第1の実施形態に係る電極群を具備する非水電解質電池を急速充放電に繰り返し供しても、負極上にリチウムデンドライトが析出するのを防ぐことができる。正極と負極とが向き合った方向に貫通している貫通孔を比較的多く有するセパレータを含んだ電極群においてリチウムデンドライトが生じると、リチウムデンドライトが貫通孔に沿って成長し、正極と負極との導電経路となり得、電気的短絡を発生させ得る。第1の実施形態に係る電極群は、リチウムデンドライトによるこのような電気的短絡が発生するのを防ぐことができる。従って、第1の実施形態に係る電極は、実際に機能することができる非水電解質電池を提供することができる。 Furthermore, the lithium-titanium composite oxide can exhibit a lithium occlusion and release potential (operating potential) that is sufficiently high with respect to the redox potential of lithium. Therefore, even if the non-aqueous electrolyte battery provided with the electrode group according to the first embodiment is repeatedly subjected to rapid charging / discharging, it is possible to prevent lithium dendrite from being deposited on the negative electrode. When lithium dendrite is generated in a group of electrodes including a separator having a relatively large number of through holes penetrating the positive electrode and the negative electrode in the facing direction, the lithium dendrite grows along the through holes and conducts between the positive electrode and the negative electrode. It can be a path and can cause an electrical short circuit. The electrode group according to the first embodiment can prevent such an electrical short circuit due to lithium dendrite from occurring. Therefore, the electrodes according to the first embodiment can provide a non-aqueous electrolyte battery that can actually function.
以上の理由により、第1の実施形態に係る電極群は、ガス発生を十分に抑えることができる非水電解質電池を実現することができる。 For the above reasons, the electrode group according to the first embodiment can realize a non-aqueous electrolyte battery capable of sufficiently suppressing gas generation.
また、非水電解質電池におけるガスの発生量を抑制することにより、非水電解質電池の寿命性能を向上させることができる。よって、第1の実施形態に係る電極群は、優れた寿命性能を示すことができる非水電解質電池を実現することもできる。 Further, by suppressing the amount of gas generated in the non-aqueous electrolyte battery, the life performance of the non-aqueous electrolyte battery can be improved. Therefore, the electrode group according to the first embodiment can also realize a non-aqueous electrolyte battery capable of exhibiting excellent life performance.
第1の実施形態に係る電極群を、以下に、より詳細に説明する。
第1の実施形態に係る電極群は、正極と、負極と、セパレータとを具備する。
正極は、例えば、正極集電体と、正極材料層とを具備することができる。正極集電体は、例えば、帯状の平面形状を有することができる。正極材料層は、正極集電体の両方の表面又は片方の表面に配置することができる。正極集電体は、正極材料層を何れの表面にも担持していない部分を含むこともできる。この部分は、正極集電タブとして働くこともできる。或いは、正極は、正極集電体とは別体の正極集電タブを含むこともできる。The electrode group according to the first embodiment will be described in more detail below.
The electrode group according to the first embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator.
The positive electrode may include, for example, a positive electrode current collector and a positive electrode material layer. The positive electrode current collector can have, for example, a strip-shaped planar shape. The positive electrode material layer can be arranged on both surfaces or one surface of the positive electrode current collector. The positive electrode current collector may include a portion in which the positive electrode material layer is not supported on any surface. This portion can also serve as a positive electrode current collector tab. Alternatively, the positive electrode may include a positive electrode current collector tab that is separate from the positive electrode current collector.
正極材料層は、正極活物質を含むことができる。正極材料層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を更に含むこともできる。 The positive electrode material layer can contain a positive electrode active material. The positive electrode material layer may further contain a conductive agent and a binder, if necessary.
負極は、例えば、負極集電体と、負極材料層とを具備することができる。負極集電体は、例えば、帯状の平面形状を有することができる。負極材料層は、負極集電体の両方の表面又は片方の表面に配置することができる。負極集電体は、負極材料層を何れの表面にも担持していない部分を含むこともできる。この部分は、負極集電タブとして働くこともできる。 The negative electrode can include, for example, a negative electrode current collector and a negative electrode material layer. The negative electrode current collector can have, for example, a strip-shaped planar shape. The negative electrode material layer can be arranged on both surfaces or one surface of the negative electrode current collector. The negative electrode current collector may include a portion in which the negative electrode material layer is not supported on any surface. This portion can also serve as a negative electrode current collector tab.
負極材料層は、負極活物質を含むことができる。負極材料層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を更に含むこともできる。 The negative electrode material layer can contain a negative electrode active material. The negative electrode material layer may further contain a conductive agent and a binder, if necessary.
リチウムチタン複合酸化物は、例えば、負極活物質として負極材料層に含まれ得る。負極活物質は、リチウムチタン複合酸化物からなっていてもよいし、又はリチウムチタン複合酸化物と他の負極活物質との混合物であってもよい。負極活物質は、リチウムチタン複合酸化物を50重量%以上含むことが好ましく、80重量%以上含むことがより好ましく、リチウムチタン複合酸化物からなることが最も好ましい。 The lithium-titanium composite oxide can be contained in the negative electrode material layer as a negative electrode active material, for example. The negative electrode active material may consist of a lithium titanium composite oxide, or may be a mixture of a lithium titanium composite oxide and another negative electrode active material. The negative electrode active material preferably contains 50% by weight or more of lithium-titanium composite oxide, more preferably 80% by weight or more, and most preferably composed of lithium-titanium composite oxide.
リチウムチタン複合酸化物を含まない負極と第1の実施形態に係る電極群が具備するセパレータとを組み合わせて用いて作製した電極群は、セパレータの貫通孔を介して正極と負極とが接触すると電気が流れ続ける場合がある。このような電極群は、実際に機能する電池を実現することができない場合がある。 The electrode group produced by combining the negative electrode containing no lithium-titanium composite oxide and the separator provided in the electrode group according to the first embodiment is electrically operated when the positive electrode and the negative electrode come into contact with each other through the through hole of the separator. May continue to flow. Such a group of electrodes may not be able to realize a battery that actually functions.
セパレータは、少なくとも正極と負極との間に配置される。例えば、正極材料層と負極材料層とは、セパレータを介して向き合うことができる。多孔質繊維シートは、正極と負極との間以外にも存在していてもよい。例えば、電極群と他の部材との通電を防ぐ目的で、電極群の最外層に、多孔質繊維シートの一部が配置されていてもよい。 The separator is arranged at least between the positive electrode and the negative electrode. For example, the positive electrode material layer and the negative electrode material layer can face each other via a separator. The porous fiber sheet may exist other than between the positive electrode and the negative electrode. For example, a part of the porous fiber sheet may be arranged on the outermost layer of the electrode group for the purpose of preventing energization between the electrode group and other members.
セパレータは、透地率が10%以上20%以下である。セパレータは、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。The separator has a transparency of 10% or more and 20% or less. The separator comprises a porous fiber sheet containing pores and fibers having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more.
セパレータの透地率が10%未満である電極群は、正極と負極とが対向した方向における流体の移動を十分に促進することができない。また、セパレータの透地率が20%を超える電極群は、正極と負極との間の十分な絶縁性を発揮することが困難であり、実際に使用できる非水電解質電池を提供することができない。 The electrode group in which the transparency of the separator is less than 10% cannot sufficiently promote the movement of the fluid in the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other. Further, in the electrode group in which the transparency of the separator exceeds 20%, it is difficult to exhibit sufficient insulation between the positive electrode and the negative electrode, and it is not possible to provide a non-aqueous electrolyte battery that can be actually used. ..
また、セパレータの透地率が10%以上20%以下であっても、多孔質繊維シートが8×10-9m2以上である細孔面積を有する細孔を含まない電極群では、正極と負極とが向き合った方向における流体の移動を十分に促進することができない。Further, even if the transparency of the separator is 10% or more and 20% or less, in the electrode group containing no pores having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more in the porous fiber sheet, the positive electrode is used. The movement of the fluid in the direction facing the negative electrode cannot be sufficiently promoted.
セパレータの透地率は、12%以上18%以下であることが好ましく、15%以上18%以下であることがより好ましい。また、多孔質繊維シートは、8.5×10-9m2以上である細孔面積を有する細孔を含むことが好ましく、10×10-9m2以上である細孔面積を有する細孔を含むことがより好ましい。また、多孔質繊維シートは、例えば、25×10-9m2以下である細孔面積を有する細孔を含むことができ、20×10-9m2以下である細孔面積を有する細孔を含むことがより好ましい。The transparency of the separator is preferably 12% or more and 18% or less, and more preferably 15% or more and 18% or less. Further, the porous fiber sheet preferably contains pores having a pore area of 8.5 × 10 -9 m 2 or more, and pores having a pore area of 10 × 10 -9 m 2 or more. It is more preferable to include. Further, the porous fiber sheet can include pores having a pore area of 25 × 10 -9 m 2 or less, and pores having a pore area of 20 × 10 -9 m 2 or less, for example. It is more preferable to include.
また、多孔質繊維シートが含む繊維は、平均幅が10μm以上40μm以下であることが好ましい。この好ましい態様の電極群が具備するセパレータは、非水電解質の優れた保持性を示すことができる。その結果、この好ましい態様の電極群を具備した非水電解質電池では、電荷担体、例えばLiイオンを、多孔質繊維シートに保持された非水電解質を介して正極と負極との間で円滑に移動させることができ、電荷担体の移動による電極群の各部材への負荷を小さくすることができる。従って、この好ましい態様の電極群は、より優れた寿命性能を示すことができる非水電解質電池を実現することができる。繊維の平均幅は、10μm以上30μm以下であることがより好ましい。 The fibers contained in the porous fiber sheet preferably have an average width of 10 μm or more and 40 μm or less. The separator provided in the electrode group of this preferred embodiment can exhibit excellent retention of the non-aqueous electrolyte. As a result, in the non-aqueous electrolyte battery provided with the electrode group of this preferred embodiment, charge carriers such as Li ions are smoothly transferred between the positive electrode and the negative electrode via the non-aqueous electrolyte held on the porous fiber sheet. It is possible to reduce the load on each member of the electrode group due to the movement of the charge carrier. Therefore, the electrode group of this preferred embodiment can realize a non-aqueous electrolyte battery capable of exhibiting better life performance. The average width of the fibers is more preferably 10 μm or more and 30 μm or less.
ここで、繊維の平均幅は、セパレータが正極又は負極に対向していた方向から多孔質繊維シートを走査型電子顕微鏡によって観察して得られた像から測定することができる。繊維の平均幅の測定方法は、以下に詳述する。 Here, the average width of the fibers can be measured from an image obtained by observing the porous fiber sheet with a scanning electron microscope from the direction in which the separator faces the positive electrode or the negative electrode. The method for measuring the average width of the fibers will be described in detail below.
多孔質繊維シートの坪量は、5g/m2以上20g/m2以下であることが好ましく、8g/m2以上15g/m2以下であることがより好ましい。The basis weight of the porous fiber sheet is preferably 5 g / m 2 or more and 20 g / m 2 or less, and more preferably 8 g / m 2 or more and 15 g / m 2 or less.
多孔質繊維シートは、直径が50μm以上である細孔を含むことが好ましく、直径が80μm以上である細孔を含むことがより好ましい。多孔質繊維シートが含む細孔は、直径が300μm以下であることが好ましく、直径が200μm以下であることがより好ましい。 The porous fiber sheet preferably contains pores having a diameter of 50 μm or more, and more preferably contains pores having a diameter of 80 μm or more. The pores contained in the porous fiber sheet preferably have a diameter of 300 μm or less, and more preferably 200 μm or less.
また、多孔質繊維シートは、0.1秒/100ml以上1秒/100ml以下であるガーレー法に基づく透気度を示すことができる。ここで、ガーレー法に基づく透気度は、JIS C2300で規定された方法によって測定することができる。多孔質繊維シートは、0.1秒/100ml以上0.5秒/100ml以下であるガーレー法に基づく透気度を示すことが望ましい。 Further, the porous fiber sheet can exhibit the air permeability based on the Garley method, which is 0.1 second / 100 ml or more and 1 second / 100 ml or less. Here, the air permeability based on the Garley method can be measured by the method specified by JIS C2300. It is desirable that the porous fiber sheet exhibits air permeability based on the Garley method, which is 0.1 second / 100 ml or more and 0.5 second / 100 ml or less.
正極材料層及び負極材料層は、例えば多孔質であり得る。1つの態様に係る電極群では、正極は多孔質の正極材料層を具備し、負極は負極材料層を具備する。負極材料層は、リチウムチタン複合酸化物を含むことができる。セパレータは、少なくとも正極材料層と負極材料層との間に配置されることができる。この態様の電極群では、セパレータを通して移動した流体を、正極材料層、セパレータ及び負極材料層のそれぞれの露出した表面からより円滑に放出することができ、それにより、ガス発生の原因となる成分の電極群における滞留量をより減らすことができる。 The positive electrode material layer and the negative electrode material layer can be, for example, porous. In the electrode group according to one embodiment, the positive electrode includes a porous positive electrode material layer, and the negative electrode includes a negative electrode material layer. The negative electrode material layer can contain a lithium titanium composite oxide. The separator can be arranged at least between the positive electrode material layer and the negative electrode material layer. In the electrode group of this embodiment, the fluid transferred through the separator can be discharged more smoothly from the exposed surfaces of the positive electrode material layer, the separator and the negative electrode material layer, whereby the components causing gas generation can be discharged more smoothly. The amount of retention in the electrode group can be further reduced.
第1の実施形態に係る電極群は、様々な構造を有することができる。例えば、電極群は、巻回型の構造を有することができる。巻回型の構造を有する電極群は、例えば、扁平形状又は円筒形状を有することができる。巻回型の電極群は、例えば、以下の手順で作製することができる。まず、一枚のセパレータと、正極と、もう一枚のセパレータと、負極とをこの順で積層させて積層体を作る。次いで、この積層体を例えば負極が外側に位置するように巻回する。巻芯を抜き取ることにより、円筒形状の巻回型電極群が得られる。例えば、この円筒形状の電極群をプレスに供することにより、扁平形状の巻回型電極群が得られる。或いは、電極群は、積層型の構造を有することができる。積層型の構造を有する電極群は、例えば、正極と負極とを、これらの間にセパレータが挟まれるように、交互に積層することによって得られる。第1の実施形態に係る電極群は、巻回型及び積層型の構造以外の構造を有することもできる。 The electrode group according to the first embodiment can have various structures. For example, the electrode group can have a wound structure. The electrode group having a winding structure can have, for example, a flat shape or a cylindrical shape. The winding type electrode group can be produced, for example, by the following procedure. First, one separator, a positive electrode, another separator, and a negative electrode are laminated in this order to form a laminated body. Next, the laminate is wound so that, for example, the negative electrode is located on the outside. By pulling out the winding core, a cylindrical winding type electrode group can be obtained. For example, by subjecting this cylindrical electrode group to a press, a flat wound electrode group can be obtained. Alternatively, the electrode group can have a laminated structure. The electrode group having a laminated structure is obtained, for example, by alternately laminating a positive electrode and a negative electrode so that a separator is sandwiched between them. The electrode group according to the first embodiment may have a structure other than the wound type and laminated type structures.
次に、第1の実施形態に係る電極群で用いることができる材料をより詳細に説明する。 Next, the materials that can be used in the electrode group according to the first embodiment will be described in more detail.
1)負極
負極集電体には、例えば金属箔又は合金箔が用いられる。集電体の厚さは、20μm以下、より好ましくは15μm以下であることが望ましい。金属箔としては、銅箔、アルミニウム箔といったものが挙げられる。アルミニウム箔を用いる場合、アルミニウム箔の純度は、99重量%以上であることが好ましい。合金箔としては、ステンレス鋼箔、アルミニウム合金箔といったものが挙げられる。アルミニウム合金箔中のアルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素を含むことが好ましい。合金成分中の鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は1重量%以下にすることが好ましい。1) Negative electrode For the negative electrode current collector, for example, a metal foil or an alloy foil is used. The thickness of the current collector is preferably 20 μm or less, more preferably 15 μm or less. Examples of the metal foil include copper foil and aluminum foil. When an aluminum foil is used, the purity of the aluminum foil is preferably 99% by weight or more. Examples of the alloy foil include stainless steel foil and aluminum alloy foil. The aluminum alloy in the aluminum alloy foil preferably contains at least one element selected from the group consisting of magnesium, zinc and silicon. The content of transition metals such as iron, copper, nickel and chromium in the alloy components is preferably 1% by weight or less.
リチウムチタン複合酸化物としては、例えば、スピネル型の結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物が挙げられる。スピネル型の結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物としては、Li4+xTi5O12(xは充放電反応により0≦x≦3の範囲で変化する)で表される組成を有するチタン酸リチウムを挙げることができる。リチウムチタン複合酸化物の他の例としては、ラムスデライト型の結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物が挙げられる。ラムスデライト型のチタン含有酸化物の例として、Li2+yTi3O7(yは充放電反応により−1≦y≦3の範囲で変化する)で表される組成を有する複合酸化物が挙げられる。Examples of the lithium-titanium composite oxide include a lithium-titanium composite oxide having a spinel-type crystal structure. As a lithium titanium composite oxide having a spinel-type crystal structure , a titanium acid having a composition represented by Li 4 + x Ti 5 O 12 (x changes in the range of 0 ≦ x ≦ 3 due to a charge / discharge reaction). Lithium can be mentioned. Another example of the lithium-titanium composite oxide is a lithium-titanium composite oxide having a rams delite type crystal structure. As an example of a rams delight type titanium-containing oxide , a composite oxide having a composition represented by Li 2 + y Ti 3 O 7 (y changes in the range of -1 ≦ y ≦ 3 due to a charge / discharge reaction) Can be mentioned.
リチウムチタン複合酸化物以外の負極活物質の例としては、リチウムを吸蔵放出可能な炭素質物(例えば、グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラフェン)、リチウムチタン複合酸化物以外のチタン含有酸化物、硫化物、窒化物、例えばSnB0.4P0.6O3.1などのアモルファス状のスズ複合酸化物、例えばSnSiO3などのスズ珪素複合酸化物、例えばSiOなどの酸化珪素、チタン含有酸化物以外の金属酸化物(例えばWO3などのタングステン酸化物)といったものが挙げられる。リチウムチタン複合酸化物以外の負極活物質としては、上記負極活物質のうちの1種類、又は2種類以上の混合物を用いることができる。Examples of negative electrode active materials other than lithium titanium composite oxides include carbonaceous materials capable of storing and releasing lithium (for example, graphite, hard carbon, soft carbon, graphene), titanium-containing oxides other than lithium titanium composite oxides, and sulfides. Objects, nitrides, such as amorphous tin composite oxides such as SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 , tin silicon composite oxides such as SnSiO 3 , silicon oxides such as SiO, metal oxides other than titanium-containing oxides ( For example, tungsten oxides such as WO 3). As the negative electrode active material other than the lithium titanium composite oxide, one kind or a mixture of two or more kinds of the above negative electrode active materials can be used.
硫化物、窒化物、アモルファス状のスズ複合酸化物、スズ珪素複合酸化物及び金属酸化物には、例えば、合成時にリチウムを含む化合物、及び合成時にはリチウムを含まない化合物が含まれる。また、チタン含有酸化物の中にも、合成時にはリチウムを含まないものもある(例えば、単斜晶型の結晶構造を有する二酸化チタン、斜方晶型の結晶構造を有するニオブチタン複合酸化物など)。合成時にリチウムを含まない負極活物質は、例えば充電によりリチウムを含むことができる。 Sulfides, nitrides, amorphous tin composite oxides, tin silicon composite oxides and metal oxides include, for example, lithium-containing compounds during synthesis and lithium-free compounds during synthesis. In addition, some titanium-containing oxides do not contain lithium at the time of synthesis (for example, titanium dioxide having a monoclinic crystal structure, niobium titanium composite oxide having an oblique crystal structure, etc.). .. The negative electrode active material that does not contain lithium during synthesis can contain lithium, for example, by charging.
リチウムチタン複合酸化物以外のチタン含有酸化物の例には、例えば、アナターゼ型の結晶構造を有するチタン含有酸化物、ルチル型の結晶構造を有するチタン含有酸化物、ブロンズ型又は単斜晶型の結晶構造を有するチタン含有酸化物、並びにTiとP、V、Sn、Cu、Ni、Nb及びFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素とを含有する金属複合酸化物が含まれる。 Examples of titanium-containing oxides other than lithium-titanium composite oxides include, for example, titanium-containing oxides having an anatase-type crystal structure, titanium-containing oxides having a rutile-type crystal structure, bronze-type or monoclinic-type. Includes a titanium-containing oxide having a crystalline structure and a metal composite oxide containing Ti and at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni, Nb and Fe.
TiとP、V、Sn、Cu、Ni、Nb及びFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素とを含有する金属複合酸化物としては、例えば、TiO2−P2O5、TiO2−V2O5、TiO2-P2O5−SnO2、TiO2−P2O5−MeO(Meは、Cu、Ni及びFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素である)、ニオブチタン複合酸化物(例えば、Nb2TiO7など)などを挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶性が低く、結晶相とアモルファス相とが共存している構造を有するか、又はアモルファス相単独で存在したミクロ構造を有することが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能を大幅に向上させることができる。Examples of the metal composite oxide containing Ti and at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni, Nb and Fe include TiO 2- P 2 O 5 and TiO 2. −V 2 O 5 , TiO 2 -P 2 O 5 − SnO 2 , TiO 2 −P 2 O 5 −MeO (Me is at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni and Fe). , Niobtitanium composite oxide (for example, Nb 2 TiO 7 and the like) and the like. This metal composite oxide preferably has low crystallinity and has a structure in which a crystalline phase and an amorphous phase coexist, or has a microstructure in which the amorphous phase alone exists. With such a microstructure, cycle performance can be significantly improved.
アナターゼ型、ルチル型又はブロンズ型(すなわち、単斜晶型)の結晶構造を有するチタン含有酸化物の組成は、TiO2で表すことができる。The composition of a titanium-containing oxide having an anatase-type, rutile-type or bronze-type (ie, monoclinic-type) crystal structure can be represented by TiO 2.
硫化物としては、例えばTiS2などの硫化チタン、例えばMoS2などの硫化モリブデン、例えば、FeS、FeS2、LixFeS2(0≦x≦2)などの硫化鉄などが例えば挙げられる。Examples of the sulfide include titanium sulfide such as TiS 2 , molybdenum sulfide such as MoS 2, and iron sulfide such as FeS, FeS 2 , and Li x FeS 2 (0 ≦ x ≦ 2).
窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物(例えば、LixCoyN、ここで、0<x<4であり、0<y<0.5である)などが挙げられる。As the nitride, for example, lithium cobalt nitride (e.g., Li x Co y N, where a 0 <x <4, is 0 <y <0.5), and the like.
導電剤としては、例えば炭素含有材料(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等)、及び金属粉末を挙げることができる。 Examples of the conductive agent include carbon-containing materials (acetylene black, ketjen black, graphite, etc.) and metal powder.
結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム及びスチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorinated rubber and styrene-butadiene rubber.
負極材料層の目付量は、10g/m2以上300g/m2以下の範囲にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、20g/m2以上200g/m2以下である。The basis weight of the negative electrode material layer is preferably in the range of 10 g / m 2 or more and 300 g / m 2 or less. A more preferable range is 20 g / m 2 or more and 200 g / m 2 or less.
負極材料層の密度は、1.5g/cm3以上3.2g/cm3以下の範囲にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、1.8g/cm3以上2.5g/cm3以下である。The density of the negative electrode material layer is preferably in the range of 1.5 g / cm 3 or more and 3.2 g / cm 3 or less. A more preferable range is 1.8 g / cm 3 or more and 2.5 g / cm 3 or less.
負極は、例えば、以下の手順で作製することができる。まず、粉末状の負極活物質に導電剤及び結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させて、懸濁物(スラリー)を得る。次いで、この懸濁物を帯状の集電体の両面又は片面に塗布し、塗膜を乾燥させる。この際、集電体の一部に、懸濁物未塗布部を残してもよい。次いで、塗膜をプレスして帯状電極にすることにより、負極を得ることができる。 The negative electrode can be produced, for example, by the following procedure. First, a conductive agent and a binder are added to the powdered negative electrode active material, and these are suspended in an appropriate solvent to obtain a suspension (slurry). The suspension is then applied to both sides or one side of the strip-shaped current collector to dry the coating. At this time, a suspension-uncoated portion may be left on a part of the current collector. Next, the negative electrode can be obtained by pressing the coating film into a band-shaped electrode.
負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質73〜98重量%、導電剤0〜20重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。 The blending ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 73 to 98% by weight of the negative electrode active material, 0 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder.
2)正極
正極集電体は、アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔から形成されることが望ましい。アルミニウム箔の純度は99重量%以上であることが好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛及びケイ素よりなる群から選択される1種類以上の元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は1重量%以下にすることが好ましい。2) Positive electrode The positive electrode current collector is preferably formed of aluminum foil or aluminum alloy foil. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by weight or more. As the aluminum alloy, an alloy containing one or more elements selected from the group consisting of magnesium, zinc and silicon is preferable. On the other hand, the content of transition metals such as iron, copper, nickel and chromium is preferably 1% by weight or less.
正極集電体の厚さは、20μm以下であることが好ましく、より好ましくは15μm以下である。 The thickness of the positive electrode current collector is preferably 20 μm or less, more preferably 15 μm or less.
正極活物質の例としては、種々の酸化物及び硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LixMn2O4(0≦x≦1)、又はLixMnO2(0≦x≦1))、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2(0≦x≦1))、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2(0≦x≦1))、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-y-zCoyMzO2(MはAl、Cr及びFeからなる群より選択される少なくとも1種類の元素であり、0≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.1である))、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMn1-y-zCoyMzO2(MはAl、Cr及びFeからなる群より選択される少なくとも1種類の元素であり、0≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.1である))、リチウムマンガンニッケル複合化合物(例えばLixMn1/2Ni1/2O2(0≦x≦1))、スピネル型の結晶構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiyO4(0≦x≦1、0≦y≦1))、オリビン型の結晶構造を有するリチウムリン酸化物(例えば、LixFePO4(0≦x≦1)、LixFe1-yMnyPO4(0≦y≦1)、LixCoPO4(0≦x≦1)など)、硫酸鉄(例えばFe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV2O5)、及び一般式LixNi1-a-bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg、Al、Si、Ti、Zn、Zr、Ca及びSnからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す)で表される組成を有する化合物などが挙げられる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ(S)、フッ化カーボンなどの有機材料及び無機材料も挙げられる。Examples of the positive electrode active material include various oxides and sulfides. For example, manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (eg, Li x Mn 2 O 4 (0 ≦ x ≦ 1), or Li x MnO 2 (0 ≦ x ≦). 1)), Lithium nickel composite oxide (eg Li x NiO 2 (0 ≦ x ≦ 1)), Lithium cobalt composite oxide (eg Li x CoO 2 (0 ≦ x ≦ 1)), Lithium nickel cobalt composite oxide (e.g. Li x Ni 1-yz Co y M z O 2 (M is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr and Fe, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 0.5 a 0 ≦ z ≦ 0.1)), lithium manganese cobalt composite oxides (e.g., Li x Mn 1-y-z Co y M z O 2 (M is selected from the group consisting of Al, Cr and Fe At least one element, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.1)), a lithium manganese nickel composite compound (for example, Li x Mn 1/2 Ni 1 / 2 O 2 (0 ≦ x ≦ 1)), a lithium manganese nickel composite oxide having a spinel-type crystal structure (for example, Li x Mn 2-y N y O 4 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)) ), lithium phosphorus oxides having the crystal structure of olivine (e.g., Li x FePO 4 (0 ≦ x ≦ 1), Li x Fe 1-y Mn y PO 4 (0 ≦ y ≦ 1), Li x CoPO 4 (0 ≤ x ≤ 1), etc.), iron sulfate (eg Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (eg V 2 O 5 ), and the general formula Li x Ni 1-ab Co a Mn b M c O 2 (0.9 <x ≦ 1.25, 0 <a ≦ 0.4, 0 ≦ b ≦ 0.45, 0 ≦ c ≦ 0.1, M is Mg, Al, Si, Ti, Zn, Zr, Examples thereof include compounds having a composition represented by (representing at least one element selected from the group consisting of Ca and Sn). Further, conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, disulfide-based polymer materials, organic materials such as sulfur (S) and carbon fluoride, and inorganic materials can also be mentioned.
正極活物質の種類は、1種類又は2種類以上にすることができる。 The type of positive electrode active material may be one type or two or more types.
導電剤としては、例えばカーボンブラック、黒鉛(グラファイト)、グラフェン、フラーレン類、コークス等を挙げることができる。中でもカーボンブラック、黒鉛が好ましい。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等が挙げられる。 Examples of the conductive agent include carbon black, graphite, graphene, fullerenes, coke and the like. Of these, carbon black and graphite are preferable. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, furnace black and the like.
結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリル酸、フッ素系ゴムなどが挙げられる。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylic acid, and fluororubber.
正極材料層の目付量は、10g/m2以上300g/m2以下の範囲にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、20g/m2以上220g/m2以下である。The basis weight of the positive electrode material layer is preferably in the range of 10 g / m 2 or more and 300 g / m 2 or less. A more preferable range is 20 g / m 2 or more and 220 g / m 2 or less.
正極材料層の密度は、2g/m3以上4.5g/m3以下の範囲にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、2.8g/cm3以上4g/cm3以下である。The density of the positive electrode material layer is preferably in the range of 2 g / m 3 or more and 4.5 g / m 3 or less. A more preferable range is 2.8 g / cm 3 or more and 4 g / cm 3 or less.
正極は、例えば、以下の手順で作製することができる。まず、正極活物質に導電剤及び結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、懸濁物(スラリー)を得る。次いで、この懸濁物をアルミニウム箔などの帯状の集電体の両面又は片面に塗布し、塗膜を乾燥させる。この際、集電体の一部に、懸濁物未塗布部を残してもよい。次いで、塗膜をプレスして、帯状電極にすることにより、正極を得ることができる。 The positive electrode can be produced, for example, by the following procedure. First, a conductive agent and a binder are added to the positive electrode active material, and these are suspended in an appropriate solvent to obtain a suspension (slurry). The suspension is then applied to both sides or one side of a strip-shaped current collector such as aluminum foil to dry the coating. At this time, a suspension-uncoated portion may be left on a part of the current collector. Next, a positive electrode can be obtained by pressing the coating film to form a band-shaped electrode.
正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、正極活物質80〜95重量%、導電剤3〜20重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。 The blending ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 80 to 95% by weight of the positive electrode active material, 3 to 20% by weight of the conductive agent and 2 to 7% by weight of the binder.
3)セパレータ
セパレータは、細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。3) Separator The separator includes a porous fiber sheet containing pores and fibers.
繊維の材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン、セルロース、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン及びビニロンよりなる群から選ばれる少なくとも1種類のポリマーを挙げることができる。繊維は、上記材料のうちの1種類からなっていてもよいし、又は上記材料のうちの2種類以上を含んでいてもよい。 The material of the fiber is not particularly limited, and examples thereof include at least one polymer selected from the group consisting of polyolefin, cellulose, polyester, polyvinyl alcohol, polyamide, polyimide, polytetrafluoroethylene, and vinylon. The fiber may consist of one of the above materials, or may contain two or more of the above materials.
多孔質繊維シートは、このような繊維を含む不織布であってもよいし、又は多孔質フィルムであってもよい。 The porous fiber sheet may be a non-woven fabric containing such fibers, or may be a porous film.
セパレータは、多孔質繊維シート以外の材料を含んでいてもよい。セパレータは、例えば無機粒子を含んでいてもよい。或いは、セパレータは、多孔質繊維シートからなっていてもよい。言い換えると、セパレータは、多孔質繊維シートであってもよい。 The separator may contain a material other than the porous fiber sheet. The separator may contain, for example, inorganic particles. Alternatively, the separator may consist of a porous fiber sheet. In other words, the separator may be a porous fiber sheet.
多孔質繊維シートの厚さは、4μm以上30μm以下であることが望ましく、8μm以上25μm以下であることがより好ましい。セパレータの厚さも、4μm以上30μm以下であることが望ましく、8μm以上25μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the porous fiber sheet is preferably 4 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 8 μm or more and 25 μm or less. The thickness of the separator is also preferably 4 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 8 μm or more and 25 μm or less.
透地率が10%以上20%以下であり且つ8×10-9m2以上である細孔面積を有する細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含むセパレータは、例えば、坪量が5g/m2以上20g/m2以下となり且つ繊維の平均幅が10μm以上40μm以下となるように繊維の量及びプレス条件などを複合的に選択して抄紙することにより、製造することができる。或いは、多孔質繊維シートは、例えば正極及び/又は負極表面上に原材料の溶液を供給して直接形成してもよい。このようにして形成した多孔質繊維シートは、プレスに供してもよい。A separator containing a porous fiber sheet containing fibers and pores having a pore area of 10% or more and 20% or less and a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more has a basis weight of, for example, 5 g. It can be produced by making a paper by selecting the amount of fibers and pressing conditions in a complex manner so that the amount of fibers is 2 or more and 20 g / m 2 or less and the average width of fibers is 10 μm or more and 40 μm or less. Alternatively, the porous fiber sheet may be formed directly by supplying a solution of the raw material on the surface of the positive electrode and / or the negative electrode, for example. The porous fiber sheet thus formed may be subjected to a press.
次に、図面を参照しながら、第1の実施形態に係る電極群の幾つかの例を説明する。 Next, some examples of the electrode group according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
まず、第1の例の電極群を、図1及び図2を参照しながら説明する。 First, the electrode group of the first example will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、第1の実施形態に係る一例の電極群の一部展開概略斜視図である。図2は、図1に示す電極群のA部の拡大断面図である。 FIG. 1 is a partially developed schematic perspective view of an example electrode group according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of the electrode group shown in FIG.
図1及び図2に示す第1の例の電極群1は、偏平形状の巻回型の電極群である。この電極群1は、図1及び図2に示す負極2と、図1及び図2に示す正極3と、図1及び図2に示す2枚のセパレータ4とを具備する。
The electrode group 1 of the first example shown in FIGS. 1 and 2 is a flat, wound-type electrode group. The electrode group 1 includes a
負極2は、図1及び図2に示すように、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体2aと、負極集電体2aの長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ2cと、負極集電体2aのうち負極集電タブ2cを除いた部分の両面上に形成された負極材料層(負極活物質含有層)2bとを含む。負極材料層2bは、リチウムチタン複合酸化物を含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
正極3は、図1及び図2に示すように、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体3aと、正極集電体3aの長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ3cと、正極集電体3aのうち正極集電タブ3cを除いた部分の両面上に形成された正極材料層(正極活物質含有層)3bとを含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
セパレータ4は、負極材料層2bと正極材料層3bとの間に挟まれた部分を含む。各セパレータ4は、図1に示すように、MD方向(machine direction)に延びた帯状の平面形状を有している。図1では、セパレータ4のMD方向と垂直な方向を、TD(transverse direction)と表示している。
The
セパレータ4は、10%以上20%以下である透地率を示し、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。そのため、第1の例の電極群1では、正極3と負極2とが向き合った方向(例えば図2における線分I−I’で示す方向)における流体の移動を促進することができる。そして、負極材料層2bは、リチウムチタン複合酸化物を含む。これらの結果、第1の例の電極群1は、先に説明した理由により、ガス発生を十分に抑えることができる非水電解質電池を実現することができる。The
図1及び図2に示す電極群1は、以下の手順で作製することができる。まず、1枚のセパレータ4と、正極3と、もう1枚のセパレータ4と、負極2とをこの順で積層して積層体を得る。積層の際、2枚のセパレータ4のMD方向を揃える。また、負極集電体2a及び正極集電体3aが延びている方向も、セパレータ4のMD方向と平行になるようにする。また、図1に示すように、負極集電タブ2cがセパレータ4及び正極3に重ならないように、且つ正極集電タブ3cがセパレータ4及び負極2に重ならないように、各部材をTD方向にずらして積層する。
The electrode group 1 shown in FIGS. 1 and 2 can be produced by the following procedure. First, one
次いで、得られた積層体を、正極3が負極2よりも外側にくるように、捲回軸wを軸として巻回し、巻回体を得る。先に説明したようにずらして積層することにより、図1に示したように、この巻回体において、正極集電タブ3cが、捲回軸wと平行な方向に負極2から突出する。また、同じく図1に示したように、負極集電タブ2cが、捲回軸wと平行な方向であって、正極集電タブ3cが突出した向きとは逆向きに、正極3から突出する。
Next, the obtained laminate is wound around the winding shaft w so that the
巻芯を抜いた後、かくして得られた巻回体をプレスに供することにより、図1に示す扁平形状を有する巻回型電極群1を得ることができる。 By pulling out the winding core and then subjecting the wound body thus obtained to a press, the wound type electrode group 1 having a flat shape shown in FIG. 1 can be obtained.
次に、第2の例の電極群を、図3及び図4を参照しながら説明する。 Next, the electrode group of the second example will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図3は、第1の実施形態に係る他の例の電極群の概略斜視図である。図4は、図3に示す電極群の線分X−Xに沿った断面図である。 FIG. 3 is a schematic perspective view of an electrode group of another example according to the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line segments XX of the electrode group shown in FIG.
図3及び図4に示す電極群1は、積層型の構造を有する電極群である。電極群1は、図4に示すように、複数(例えば2枚)の負極21及び22と、複数(例えば2枚)の正極31及び32と、複数(例えば5枚)のセパレータ4とを含む。The electrode group 1 shown in FIGS. 3 and 4 is an electrode group having a laminated structure. Electrode group 1, as shown in FIG. 4, a separator of a plurality (e.g., two) and the
一方の負極21は、図4に示すように、帯状の負極集電体2aと、負極集電体2aの両方の表面上に形成された負極材料層(負極活物質含有層)2bとを含む。他方の負極22は、図4に示すように、帯状の負極集電体2aと、負極集電体2aの片方の表面上に形成された負極材料層2bとを含む。図示はしていないが、負極21及び22のそれぞれの負極集電体2aは、何れの表面にも負極材料層2bを担持していない部分(負極集電タブ)を含む。また、負極21及び22のそれぞれの負極材料層2bは、リチウムチタン複合酸化物を含んでいる。On the other hand , as shown in FIG. 4, the negative electrode 2 1 has a band-shaped negative electrode
同様に、一方の正極31は、図4に示すように、帯状の正極集電体3aと、正極集電体3aの両方の表面上に形成された正極材料層(正極活物質含有層)3bとを含む。他方の正極32は、図4に示すように、帯状の正極集電体3aと、正極集電体3aの片方の表面上に形成された正極材料層3bとを含む。図示はしていないが、正極31及び32のそれぞれの正極集電体3aは、何れの表面にも正極材料層3bを担持していない部分(正極集電タブ)を含む。Similarly, as shown in FIG. 4, one
図4に示すように、1枚のセパレータ4の上に、このセパレータ4に負極集電体2aのうち負極材料層2bを担持していない方の表面に接するように、負極22が重ねられている。この負極22の負極材料層2b上に1枚のセパレータ4が重ねられ、その上に正極31が重ねられている。それにより、負極22の負極材料層2bが、セパレータ4を間に挟んで、正極31の一方の正極材料層3bに対向している。また、正極31の他方の正極材料層3b上に1枚のセパレータ4が重ねられ、その上に負極21が重ねられている。それにより、正極31の正極材料層3bが、セパレータ4を間に挟んで、負極21の一方の負極材料層2bに対向している。負極21の他方の負極材料層2b上に1枚のセパレータ4が重ねられ、その上に正極32が重ねられている。それにより、正極32の正極材料層3bが、セパレータ4を間に挟んで、負極21の他方の負極材料層2bに対向している。そして、正極32の正極集電体3a上に残りのセパレータ4が重ねられている。複数の負極21及び22と、複数の正極31及び32と、複数のセパレータ4とは、以上のように積層されて、電極群1を形成している。なお、図4に示すように、多孔質繊維シート4のうち、電極群1の最上層及び最下層の多孔質繊維シート4は、正極と負極との間に挟まれていない。 As shown in FIG. 4, the negative electrode 2 2 is superposed on the
先に説明した負極集電タブのそれぞれは、図3に示す負極リード7に電気的に接続されている。同様に、先に説明した正極集電タブのそれぞれは、図3に示す正極リード6に電気的に接続されている。正極リード6の先端及び負極リード7の先端は、図3に示すように、それぞれ反対の向きに電極群1から延出している。
Each of the negative electrode current collecting tabs described above is electrically connected to the
各セパレータ4は、10%以上20%以下である透地率を示し、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。そのため、第2の例の電極群1では、正極31と負極22とが向き合った方向、正極31と負極21とが向き合った方向、及び負極21と正極32とが向き合った方向、すなわち図4における線分II−II’で示す方向における流体の移動を促進することができる。そして、負極材料層2bは、リチウムチタン複合酸化物を含む。これらの結果、第2の例の電極群1は、先に説明した理由により、ガス発生を十分に抑えることができる非水電解質電池を実現することができる。Each
<各種測定方法>
次に、電極群に対して行う各種測定の手順を説明する。
[前処理]
測定対象の電極群が非水電解質電池に組み込まれている場合は、以下の手順で前処理を行う。<Various measurement methods>
Next, the procedure of various measurements performed on the electrode group will be described.
[Preprocessing]
If the electrode group to be measured is incorporated in a non-aqueous electrolyte battery, pretreatment is performed according to the following procedure.
まず、非水電解質電池を、SOC0%の状態まで放電する。続いて、電池充電深度がSOC0%となった非水電解質電池を、グローブボックス内、アルゴン雰囲気下で解体する。解体した非水電解質電池から、電極群を取り出す。
First, the non-aqueous electrolyte battery is discharged to a state of
取り出した電極群を、適切な溶媒、例えばメチルエチルカーボネートによって洗浄する。洗浄後、電極群を乾燥させる。 The removed electrode group is washed with a suitable solvent such as methyl ethyl carbonate. After cleaning, the electrode group is dried.
かくして、電極群を得る。なお、非水電解質電池に組み込まれていない電極群について測定を行う場合は、以上の工程を省くことができる。 Thus, a group of electrodes is obtained. When measuring the electrode group that is not incorporated in the non-aqueous electrolyte battery, the above steps can be omitted.
[セパレータの取出し]
以上のようにして得られた電極群から、セパレータを取り出す。この際、セパレータは、正極又は負極の何れかに担持された状態で取り出す。[Removal of separator]
A separator is taken out from the electrode group obtained as described above. At this time, the separator is taken out while being supported on either the positive electrode or the negative electrode.
<電極群に含まれているセパレータの透地率の測定方法、多孔質繊維シートに含まれている細孔の細孔面積の測定方法>
[走査型電子顕微鏡観察]
取り出したセパレータの任意の5箇所を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する。観察倍率は500倍とする。測定方向は、測定対象のセパレータを含んでいた電極群において、セパレータの主面と正極又は負極が向き合っていた方向、すなわち正極と負極とが向き合っていた方向とする。<Measuring method of transparency of separator contained in electrode group, measuring method of pore area of pores contained in porous fiber sheet>
[Scanning electron microscope observation]
Observe any five points of the removed separator with a scanning electron microscope (SEM). The observation magnification is 500 times. The measurement direction is the direction in which the main surface of the separator faces the positive electrode or the negative electrode, that is, the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other in the electrode group including the separator to be measured.
得られた5箇所のSEM像をコンピュータ分析に供することにより、最大の貫通孔面積を得ることができる。この面積を、セパレータに含まれる多孔質繊維シートが含む細孔の最大面積[m2]とする。この分析により、セパレータに含まれる多孔質繊維シートが含む細孔の最大の直径[μm]も求めることができる。The maximum through-hole area can be obtained by subjecting the obtained five SEM images to computer analysis. This area is defined as the maximum area [m 2 ] of the pores contained in the porous fiber sheet contained in the separator. By this analysis, the maximum diameter [μm] of the pores contained in the porous fiber sheet contained in the separator can also be determined.
[二値化処理]
先に得られた5箇所のSEM像を、以下の手順で画像処理に供する。なお、以下の画像処理は、画像から繊維の縁及び活物質の縁を検出する処理、並びに画像を二値化することができる処理を行うことができるアプリケーションを備えたソフトウェアにより行うことができる。例えば、画像処理には、画像処理プログラム「Image J」(フリーソフト(開発:アメリカ国立衛生研究所)、英語版ver. 1.48)を用いることができる。[Binarization]
The previously obtained five SEM images are subjected to image processing according to the following procedure. The following image processing can be performed by software having an application capable of detecting the edge of the fiber and the edge of the active material from the image and performing the processing capable of binarizing the image. For example, the image processing program "ImageJ" (free software (development: National Institutes of Health), English version ver. 1.48) can be used for image processing.
(1)得られたSEM像を、コンピュータ上で開く。開いた画像において、多孔質繊維シートの繊維の縁、及びセパレータを担持している電極材料層に含まれる活物質の縁を検出する。 (1) Open the obtained SEM image on a computer. In the open image, the edge of the fiber of the porous fiber sheet and the edge of the active material contained in the electrode material layer supporting the separator are detected.
(2)次いで、上記ソフトウェアを用いて、画像を二値化処理する。この処理は、繊維の存在している箇所が明部となるように行う。 (2) Next, the image is binarized using the above software. This treatment is performed so that the part where the fiber is present becomes a bright part.
(3)二値化処理した画像において、活物質の縁に囲まれた部分が明部となるように処理を行う。活物質が写っているということは、その箇所には多孔質繊維シートの繊維が存在していないことを意味する。 (3) In the binarized image, the processing is performed so that the portion surrounded by the edge of the active material becomes a bright part. The fact that the active material is shown means that the fibers of the porous fiber sheet are not present at that location.
(4)以上の処理を行った画像において、暗部の面積割合を分析する。 (4) In the image subjected to the above processing, the area ratio of the dark part is analyzed.
(5)同様の手順を繰り返し、5つの画像についての暗部の面積割合の平均値を算出する。かくして、多孔質繊維シートのSEM像を二値化処理によって得られた画像において、セパレータの材料である繊維が存在していない部分の割合、すなわちセパレータの透地率[%]を求めることができる。 (5) Repeat the same procedure to calculate the average value of the area ratio of the dark part for the five images. Thus, in the image obtained by binarizing the SEM image of the porous fiber sheet, the ratio of the portion where the fiber which is the material of the separator does not exist, that is, the transparency [%] of the separator can be obtained. ..
なお、セパレータが多孔質繊維シート以外の材料を含んでいる場合には、先に説明した二値化処理の処理(1)において、得られたSEM像から、多孔質繊維シート以外の材料の縁を検出する。次いで、処理(2)において、繊維が存在している箇所に加え、繊維以外の材料が存在している箇所も明部となるように、画像を二値化処理する。 When the separator contains a material other than the porous fiber sheet, the edge of the material other than the porous fiber sheet is obtained from the SEM image obtained in the binarization treatment (1) described above. Is detected. Next, in the process (2), the image is binarized so that the portion where the material other than the fiber is present becomes a bright portion in addition to the portion where the fiber is present.
図5に、第1の実施形態に係る一例の電極群が具備するセパレータのSEM画像を二値化処理に供して得られた像を示す。 FIG. 5 shows an image obtained by subjecting an SEM image of a separator included in an example electrode group according to the first embodiment to a binarization process.
図5において、暗部(黒色部)が、セパレータの材料が存在していない部分である。この部分は、測定対象のセパレータを具備していた電極群において正極と負極とが向き合っていた方向において、多孔質繊維シートの貫通孔を通して負極(負極材料層)が観察された部分である。図5に示したセパレータの透地率は、18%であった。また、多孔質繊維シートが含む細孔の最大細孔面積は20×10-9m2であった。In FIG. 5, the dark portion (black portion) is a portion where the material for the separator does not exist. This portion is a portion where the negative electrode (negative electrode material layer) is observed through the through hole of the porous fiber sheet in the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other in the electrode group provided with the separator to be measured. The transparency of the separator shown in FIG. 5 was 18%. The maximum pore area of the pores contained in the porous fiber sheet was 20 × 10 -9 m 2 .
<繊維の平均幅の測定方法>
[走査型電子顕微鏡観察]
先に説明したように電極群から取り出したセパレータの任意の5箇所を、走査型電子顕微鏡で観察する。ここでは、観察倍率を1000倍とする。測定方向は、測定対象の多孔質繊維シートを含んでいた電極群において正極と負極とが向き合っていた方向とする。<Measuring method of average fiber width>
[Scanning electron microscope observation]
As described above, any five points of the separator taken out from the electrode group are observed with a scanning electron microscope. Here, the observation magnification is set to 1000 times. The measurement direction is the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other in the electrode group including the porous fiber sheet to be measured.
かくして得られた画像(SEM像)において、30μm以上の長さにわたって延びている繊維を全て選択する。選択した全ての繊維について、30μm以上延びている長さ方向に対して直交する方向における寸法を測定する。それぞれの繊維に対して任意の5点を測定する。測定結果の最大値及び最小値を除いた平均値を、その繊維の幅とする。全ての繊維の幅の平均値を算出する。全ての繊維の幅のうち、最大値、最小値及び最も平均値に近い値を抽出する。その3つの値の平均値を、その画像における繊維の平均幅[μm]とする。 In the image (SEM image) thus obtained, all the fibers extending over a length of 30 μm or more are selected. For all selected fibers, the dimensions in the direction orthogonal to the length direction extending by 30 μm or more are measured. Arbitrary 5 points are measured for each fiber. The average value excluding the maximum and minimum values of the measurement results shall be the width of the fiber. Calculate the average width of all fibers. Of all the fiber widths, the maximum, minimum and values closest to the average are extracted. The average value of the three values is defined as the average width [μm] of the fibers in the image.
同様の手順を他の4つの画像についても行う。かくして、5つの画像の各々における繊維の平均幅[μm]が得られる。これら平均幅の平均値を、多孔質繊維シートが含む繊維の平均幅[μm]とする。 The same procedure is performed for the other four images. Thus, the average width [μm] of the fibers in each of the five images is obtained. The average value of these average widths is defined as the average width [μm] of the fibers contained in the porous fiber sheet.
図6に、第1の実施形態に係る一例の電極群が具備する多孔質繊維シートの1つのSEM画像を示す。図6に示すSEM像に含まれる繊維の平均幅は、19μmである。 FIG. 6 shows one SEM image of the porous fiber sheet included in the electrode group of the example according to the first embodiment. The average width of the fibers included in the SEM image shown in FIG. 6 is 19 μm.
<多孔質繊維シートの坪量の測定方法>
多孔質繊維シートの坪量[g/m2]は、JIS P8124に規定された方法で測定することができる。<Measuring method of basis weight of porous fiber sheet>
The basis weight [g / m 2 ] of the porous fiber sheet can be measured by the method specified in JIS P8124.
<多孔質繊維シートの透気度の測定方法>
先に説明したように、ガーレー法に基づく多孔質繊維シートの透気度は、JIS−P8117で規定された方法によって測定することができる。<Measurement method of air permeability of porous fiber sheet>
As described above, the air permeability of the porous fiber sheet based on the Garley method can be measured by the method specified in JIS-P8117.
<正極活物質及び負極活物質の組成の同定方法>
電極群に含まれている正極活物質及び負極活物質の組成及び結晶構造は、以下の手順で同定をすることができる。<Method of identifying the composition of the positive electrode active material and the negative electrode active material>
The composition and crystal structure of the positive electrode active material and the negative electrode active material contained in the electrode group can be identified by the following procedure.
1.正極及び負極の取出し
先に説明した手順で、電極群を得る。次いで、得られた電極群から、正極及び負極をそれぞれ取り出す。取り出した正極及び負極をそれぞれ洗浄及び乾燥に供する。1. 1. Taking out the positive and negative electrodes Obtain a group of electrodes by the procedure described above. Next, the positive electrode and the negative electrode are taken out from the obtained electrode group, respectively. The removed positive electrode and negative electrode are subjected to cleaning and drying, respectively.
2.誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)発光分光分析
乾燥させた正極から、正極材料層を、例えばスパチュラを用いて剥がす。
剥がした正極材料層を酸加熱処理し、結着剤及び導電剤を取り除く。かくして得られた試料に対し、ICP測定を実施する。2. Inductively Coupled Plasma (ICP) Emission Spectroscopy The positive electrode material layer is stripped from the dried positive electrode using, for example, a spatula.
The peeled positive electrode material layer is heat-treated with an acid to remove the binder and the conductive agent. ICP measurement is performed on the sample thus obtained.
測定対象元素は、Li、Al、Mn、Ba、Ca、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Hf、K、La、Mg、Na、Ni、Pb、Si、Ti、Y、Zn及びZrとする。測定結果から各元素のモル分率を算出することで、正極活物質の全体の組成を同定することができる。 The elements to be measured are Li, Al, Mn, Ba, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Hf, K, La, Mg, Na, Ni, Pb, Si, Ti, Y, Zn and Zr. .. By calculating the mole fraction of each element from the measurement results, the overall composition of the positive electrode active material can be identified.
負極活物質についても、同様の測定を行うことで、組成を同定することができる。 The composition of the negative electrode active material can be identified by performing the same measurement.
3.X線回折(X-ray Diffraction:XRD)測定
乾燥させた正極についてXRD測定を実施する。回折角(2θ)の範囲を10°から90°とし、0.02°ずつX線回折強度を測定する。かくして、XRD測定結果が得られる。3. 3. X-ray Diffraction (XRD) measurement XRD measurement is performed on the dried positive electrode. The range of the diffraction angle (2θ) is set to 10 ° to 90 °, and the X-ray diffraction intensity is measured by 0.02 °. Thus, the XRD measurement result is obtained.
一方、ICP分析による組成の同定結果に基づき、データベースから、活物質組成から推定される活物質の固有ピークのパターンを推定する。 On the other hand, based on the composition identification result by ICP analysis, the pattern of the intrinsic peak of the active material estimated from the active material composition is estimated from the database.
推定したX線パターンと、実測のX線パターンとを比較することにより、正極層に含まれている正極活物質の結晶構造を同定することができる。負極活物質についても、同様の測定を行うことで、組成を同定することができる。 By comparing the estimated X-ray pattern with the actually measured X-ray pattern, the crystal structure of the positive electrode active material contained in the positive electrode layer can be identified. The composition of the negative electrode active material can be identified by performing the same measurement.
4.走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)観察、エネルギー分散型X線分光法(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy: EDX)及び電子エネルギー損失分光法(Electron Energy−Loss Spectroscopy: EELS)による分析
正極材料層が複数種類の正極活物質を含んでいる場合、上記XRD測定によって得られる実測のX線パターンは、複数種類の正極活物質に由来するピークを含む。各活物質に由来するピークは、他の活物質に由来するピークと重なる場合もあれば、重ならない場合もある。ピークが重ならない場合は、上記XRD測定及びICP分析により、正極に含まれる各正極活物質の組成及び混合比を知ることができる。4. Analysis by Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) and Electron Energy-Loss Spectroscopy (EELS) Positive Material Layer When contains a plurality of types of positive electrode active materials, the actually measured X-ray pattern obtained by the XRD measurement includes peaks derived from the plurality of types of positive positive active materials. The peaks derived from each active material may or may not overlap the peaks derived from other active materials. When the peaks do not overlap, the composition and mixing ratio of each positive electrode active material contained in the positive electrode can be known by the above XRD measurement and ICP analysis.
一方、ピークが重なる場合は、SEM観察、EDX分析及びEELS分析により、正極材料層に含まれる各正極活物質の組成及び混合比を決定する。具体的には、以下のとおりである。 On the other hand, when the peaks overlap, the composition and mixing ratio of each positive electrode active material contained in the positive electrode material layer are determined by SEM observation, EDX analysis and EELS analysis. Specifically, it is as follows.
まず、乾燥させた正極から、カッターなどで約2cm×2cmの断片を切り出す。切り出した断片の断面に、加速電圧2〜6kVで加速したアルゴンイオンを照射して、平坦な断面を得る。 First, a fragment of about 2 cm × 2 cm is cut out from the dried positive electrode with a cutter or the like. The cross section of the cut out fragment is irradiated with argon ions accelerated at an acceleration voltage of 2 to 6 kV to obtain a flat cross section.
次に、EDX及びEELSを付属したSEMを用いて、正極断面に含まれる幾つかの活物質粒子の組成を分析する。EDXでは、B〜Uまでの元素の定量分析をすることができる。Liについては、EELSによって定量分析することができる。かくして、正極材料層に含まれる各正極活物質の組成を知ることができる。 Next, the composition of some active material particles contained in the positive electrode cross section is analyzed using SEM attached with EDX and EELS. In EDX, quantitative analysis of elements from B to U can be performed. Li can be quantitatively analyzed by EELS. Thus, the composition of each positive electrode active material contained in the positive electrode material layer can be known.
次いで、正極活物質の全体の組成と各正極活物質の組成とから、正極における正極活物質の混合比を知ることができる。 Next, the mixing ratio of the positive electrode active material in the positive electrode can be known from the overall composition of the positive electrode active material and the composition of each positive electrode active material.
負極材料層が複数種類の負極活物質を含んでいる場合も、正極活物質についての手順と同様の手順を踏むことにより、各負極活物質の組成及び混合比を知ることができる。 Even when the negative electrode material layer contains a plurality of types of negative electrode active materials, the composition and mixing ratio of each negative electrode active material can be known by following the same procedure as for the positive electrode active material.
以上に説明した第1の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、正極と、負極と、少なくとも正極と負極との間に配置されたセパレータとを具備する。セパレータの透地率は、10%以上20%以下である。セパレータは、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。この電極群は、正極と負極とが向き合った方向における流体の移動を促進することができる。また、負極がリチウムチタン複合酸化物を含む。これらの結果、第1の実施形態に係る電極群は、ガス発生を十分に抑えることができる非水電解質電池を実現することができる。According to the first embodiment described above, a group of electrodes is provided. This electrode group includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator arranged at least between the positive electrode and the negative electrode. The transparency of the separator is 10% or more and 20% or less. The separator comprises a porous fiber sheet containing pores and fibers having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more. This electrode group can promote the movement of the fluid in the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other. Further, the negative electrode contains a lithium titanium composite oxide. As a result, the electrode group according to the first embodiment can realize a non-aqueous electrolyte battery capable of sufficiently suppressing gas generation.
(第2の実施形態)
第2の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第1の実施形態に係る電極群と、非水電解質とを具備する。(Second Embodiment)
According to the second embodiment, a non-aqueous electrolyte battery is provided. This non-aqueous electrolyte battery includes an electrode group according to the first embodiment and a non-aqueous electrolyte battery.
第2の実施形態に係る非水電解質電池において、非水電解質は、例えば、電極群中に保持され得る。例えば、電極群は、非水電解質に含浸されていてもよい。 In the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment, the non-aqueous electrolyte can be retained, for example, in the electrode group. For example, the electrode group may be impregnated with a non-aqueous electrolyte.
第2の実施形態に係る非水電解質電池は、正極端子及び負極端子を更に具備することができる。 The non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment may further include a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.
正極端子は、その一部が正極の一部に電気的に接続されることによって、正極と外部回路との間で電子が移動するための導体として働くことができる。正極端子は、例えば、正極集電体、特に正極集電タブに接続することができる。同様に、負極端子は、その一部が負極の一部に電気的に接続されることによって、負極と外部端子との間で電子が移動するための導体として働くことができる。負極端子は、例えば、負極集電体、特に負極集電タブに接続することができる。 A part of the positive electrode terminal is electrically connected to a part of the positive electrode, so that the positive electrode terminal can function as a conductor for electrons to move between the positive electrode and the external circuit. The positive electrode terminal can be connected to, for example, a positive electrode current collector, particularly a positive electrode current collector tab. Similarly, the negative electrode terminal can act as a conductor for electrons to move between the negative electrode and the external terminal by electrically connecting a part of the negative electrode terminal to a part of the negative electrode. The negative electrode terminal can be connected to, for example, a negative electrode current collector, particularly a negative electrode current collector tab.
第2の実施形態に係る非水電解質電池は、外装部材を更に具備することができる。外装部材は、電極群及び非水電解質を収容することができる。正極端子及び負極端子のそれぞれの一部は、外装部材から延出させることができる。 The non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment may further include an exterior member. The exterior member can accommodate a group of electrodes and a non-aqueous electrolyte. A part of each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal can be extended from the exterior member.
第1の実施形態に係る電極群は、先に説明したように、ガス発生の原因となり得るガスをより円滑に外部へ放出することができ、その結果、電極群におけるこれらのガスの滞留量を減らすことができる。そのおかげで、第2の実施形態に係る非水電解質電池は、ガス発生を十分に抑えることができる。また、例えば、第1の実施形態に係る電極群を用いて非水電解質電池を作製する一連の工程において、第1の実施形態に係る電極群は、乾燥に供されることにより、電極群が含むセパレータの透地率が10%未満である電極群よりも容易に、水分を外部に放出することができる。それにより、水分量が少なく、ガス発生を十分に抑えることができる非水電解質電池を提供することができる。 As described above, the electrode group according to the first embodiment can more smoothly release the gas that can cause gas generation to the outside, and as a result, the amount of retention of these gases in the electrode group can be reduced. Can be reduced. Thanks to this, the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment can sufficiently suppress gas generation. Further, for example, in a series of steps for producing a non-aqueous electrolyte battery using the electrode group according to the first embodiment, the electrode group according to the first embodiment is subjected to drying, so that the electrode group becomes Moisture can be released to the outside more easily than the electrode group in which the transparency of the containing separator is less than 10%. Thereby, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte battery having a small amount of water and capable of sufficiently suppressing gas generation.
以下、実施形態に係る非水電解質電池に含まれる各部材を説明する。 Hereinafter, each member included in the non-aqueous electrolyte battery according to the embodiment will be described.
(A)電極群
電極群に関しては、第1の実施形態に係る電極群の説明を参照されたい。(A) Electrode group For the electrode group, refer to the description of the electrode group according to the first embodiment.
(B)非水電解質
この非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩とを含むことができる。また、非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。(B) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte can contain a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent. Further, the non-aqueous solvent may contain a polymer.
電解質塩の例としては、LiPF6、LiBF4、Li(CF3SO2)2N(ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム;通称LiTFSI)、LiCF3SO3(通称LiTFS)、Li(C2F5SO2)2N(ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム;通称LiBETI)、LiClO4、LiAsF6、LiSbF6、ビスオキサラトホウ酸リチウム(LiB(C2O4)2(通称LiBOB))、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiF2BC2O4)、ジフルオロ(トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロ−メチルプロピオナト(2−)−0,0)ホウ酸リチウム(LiBF2(OCOOC(CF3)2)(通称LiBF2(HHIB)))、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)等のリチウム塩が挙げられる。これらの電解質塩は、1種類で使用してもよいし又は2種類以上を混合して用いてもよい。特に、LiPF6、LiBF4、ビスオキサラトホウ酸リチウム(LiB(C2O4)2(通称LiBOB))、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiF2BC2O4)、ジフルオロ(トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロ−メチルプロピオナト(2−)−0,0)ホウ酸リチウム(LiBF2(OCOOC(CF3)2)(通称LiBF2(HHIB)))、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)が好ましい。Examples of electrolyte salts include LiPF 6 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N (bistrifluoromethanesulfonylamide lithium; commonly known as LiTFSI), LiCF 3 SO 3 (commonly known as LiTFS), Li (C 2 F 5 SO). 2) 2 N (bis pentafluoroethanesulfonyl amide lithium; called LiBETI), LiClO 4, LiAsF 6 , LiSbF 6, bisoxalato Lato lithium borate (LiB (C 2 O 4) 2 ( known as LiBOB)), difluoro (oxalato) Lithium borate (LiF 2 BC 2 O 4 ), difluoro (trifluoro-2-oxide-2-trifluoro-methylpropionato (2-) -0.0) Lithium borate (LiBF 2 (OCOC (CF 3 )) 2 ) (commonly known as LiBF 2 (HHIB))), lithium salts such as lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2) can be mentioned. These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more. In particular, LiPF 6 , LiBF 4 , lithium bisoxalate borate (LiB (C 2 O 4 ) 2 (commonly known as LiBOB)), lithium difluoro (oxalate) lithium borate (LiF 2 BC 2 O 4 ), difluoro (trifluoro-2). -Oxide-2-trifluoro-methylpropionato (2-) -0.0) Lithium borate (LiBF 2 (OCOC (CF 3 ) 2 ) (commonly known as LiBF 2 (HHIB))), lithium difluorophosphate (LiPO) 2 F 2 ) is preferable.
電解質塩濃度は、0.5M以上3M以下の範囲内とすることが好ましい。これにより、高負荷電流を流した場合の性能を向上することができる。 The electrolyte salt concentration is preferably in the range of 0.5 M or more and 3 M or less. Thereby, the performance when a high load current is passed can be improved.
非水溶媒としては、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeHF)、1,3−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル(AN)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネイト(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等が挙げられる。これらの溶媒は、1種類で使用してもよいし又は2種類以上を混合して用いてもよい。また、溶媒を二種類以上組み合わせる場合、全ての溶媒に誘電率が20以上のものの中から選ぶことが好ましい。 The non-aqueous solvent is not particularly limited, but is propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (GBL), tetrahydrofuran (THF), 2 -Methyltetrahydrofuran (2-MeHF), 1,3-dioxolane, sulfolane, acetonitrile (AN), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), dipropyl carbonate (DPC) and the like. Be done. These solvents may be used alone or in admixture of two or more. Further, when two or more kinds of solvents are combined, it is preferable to select from those having a dielectric constant of 20 or more for all the solvents.
この非水電解質に、添加剤を添加してもよい。添加剤としては、特に限定されるものではないが、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、フルオロメチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、プロピルビニレンカーボネート、ブチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ジプロピルビニレンカーボネート、ビニレンアセテート(VA)、ビニレンブチレート、ビニレンヘキサネート、ビニレンクロトネート、カテコールカーボネート、プロパンスルトン、及びブタンスルトン等が挙げられる。添加剤の種類は、1種類又は2種類以上にすることができる。 Additives may be added to this non-aqueous electrolyte. The additive is not particularly limited, but is not particularly limited, but is vinylene carbonate (VC), fluorovinylene carbonate, methylvinylene carbonate, fluoromethylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, propylvinylene carbonate, butylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, diethyl. Examples thereof include vinylene carbonate, dipropyl vinylene carbonate, vinylene acetate (VA), vinylene butyrate, vinylene hexanate, vinylene crotonate, catechol carbonate, propane sulton, butane sulton and the like. The type of additive may be one type or two or more types.
(C)外装部材
外装部材としては、例えば厚さが0.5mm以下であるラミネートフィルム又は厚さが3mm以下である金属製容器を用いることができる。金属製容器は、厚さが0.5mm以下であることがより好ましい。また、樹脂製容器を用いてもよい。樹脂製容器を形成する材料の例に、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン系樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレン系樹脂、フッ素系樹脂等が含まれる。(C) Exterior member As the exterior member, for example, a laminated film having a thickness of 0.5 mm or less or a metal container having a thickness of 3 mm or less can be used. The metal container is more preferably 0.5 mm or less in thickness. Moreover, you may use a resin container. Examples of the material for forming the resin container include polyolefin, polyvinyl chloride, polystyrene resin, acrylic resin, phenol resin, polyphenylene resin, fluorine resin and the like.
外装部材の形状、すなわち電池形状としては、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、ボタン型等が挙げられる。また、電池は、例えば携帯用電子機器等に積載される小型用途、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型用途のいずれにも適用することができる。 Examples of the shape of the exterior member, that is, the battery shape, include a flat type (thin type), a square type, a cylindrical type, a coin type, and a button type. Further, the battery can be applied to any of small applications loaded on portable electronic devices and the like, and large applications loaded on two-wheeled to four-wheeled automobiles and the like.
ラミネートフィルムは、金属層と、この金属層を間に挟みこむ樹脂層とを含む多層フィルムが用いられる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂層としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に成形することができる。 As the laminate film, a multilayer film including a metal layer and a resin layer sandwiching the metal layer is used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for weight reduction. As the resin layer, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, or polyethylene terephthalate (PET) can be used. The laminated film can be sealed into the shape of an exterior member by heat fusion.
金属製容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素等を含むことが好ましい。合金中に鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属が含まれる場合、その量は100ppm以下にすることが好ましい。 The metal container is made of aluminum, an aluminum alloy, or the like. The aluminum alloy preferably contains at least one element selected from the group consisting of magnesium, zinc and silicon. When the alloy contains transition metals such as iron, copper, nickel and chromium, the amount thereof is preferably 100 ppm or less.
(D)負極端子
負極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される少なくとも1種類の元素を含有するアルミニウム合金から形成することができる。負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極端子は負極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。(D) Negative electrode terminal The negative electrode terminal can be formed of aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si. In order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector, the negative electrode terminal is preferably formed of the same material as the negative electrode current collector.
(E)正極端子
正極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素を含有するアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極端子は正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。(E) Positive electrode terminal The positive electrode terminal is formed of aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu and Si. Is preferable. In order to reduce the contact resistance with the positive electrode current collector, the positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector.
次に、第2の実施形態に係る一例の非水電解質電池を、図面を参照しながら具体的に説明する。 Next, an example non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment will be specifically described with reference to the drawings.
図7は、第2の実施形態に係る一例の非水電解質電池の分解概略斜視図である。 FIG. 7 is an exploded schematic perspective view of an example non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment.
図7に示す電池10は、密閉型の角型非水電解質電池である。非水電解質電池10は、外装缶11と、封口板12と、正極端子13と、負極端子14と、電極群1と、図示しない非水電解質とを備える。外装缶11と封口板12とから外装部材が構成されている。
The
外装缶11は、有底角筒形状をなし、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレス鋼などの金属から形成される。 The outer can 11 has a bottomed square tube shape and is formed of, for example, a metal such as aluminum, an aluminum alloy, iron or stainless steel.
図7に示す電極群1は、以下の点以外は、図1及び図2を参照しながら説明した、扁平形状を有する巻回型電極群1と同様の構造を有している。 The electrode group 1 shown in FIG. 7 has a structure similar to that of the wound electrode group 1 having a flat shape, which has been described with reference to FIGS. 1 and 2, except for the following points.
まず、図7に示すように、正極集電タブ3c及び負極集電タブ2cは、それぞれ、電極群1の捲回軸w付近を境にして二つの束に分けられている。導電性の挟持部材5は、略Uの字状をした第1及び第2の挟持部5a及び5bと、第1の挟持部5aと第2の挟持部5bとを電気的に接続する連結部5cとを有する。正極集電タブ3c及び負極集電タブ2cは、それぞれ、一方の束が第1の挟持部5aによって挟持され、かつ他方の束が第2の挟持部5bによって挟持されている。
First, as shown in FIG. 7, the positive electrode
また、電極群1のうち、正極集電タブ3c及び負極集電タブ2c以外の部分は、絶縁シール8によって被覆されている。
図示しない非水電解質は、電極群1に含浸された状態で、保持されている。Further, in the electrode group 1, the portions other than the positive electrode
The non-aqueous electrolyte (not shown) is retained in a state of being impregnated in the electrode group 1.
正極リード6は、矩形の支持板6aと、支持板6aに開口された貫通孔6bと、支持板6aから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部6c及び6dとを有する。一方、負極リード7は、矩形の支持板7aと、支持板7aに開口された貫通孔7bと、支持板7aから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部7c及び7dとを有する。
The positive electrode lead 6 has a
正極リード6の集電部6c及び6dは、間に、正極集電タブ3cに取り付けられた挟持部材5を挟んでいる。集電部6cは、挟持部材5の第1の挟持部5aに接している。一方、集電部6dは、第2の挟持部5bに接している。集電部6c及び6dと、第1及び第2の挟持部5a及び5bと、正極集電タブ3cとは、例えば超音波溶接によって接合されている。これにより、電極群1の正極3と正極リード6とが正極集電タブ3cを介して電気的に接続されている。
The
負極リード7の集電部7c及び7dは、間に、負極集電タブ2cに取り付けられた挟持部材5を挟んでいる。集電部7cは、挟持部材5の第1の挟持部5aに接している。一方、集電部7dは、第2の挟持部5bに接している。集電部7c及び7dと、第1及び第2の挟持部5a及び5bと、負極集電タブ2cとは、例えば超音波溶接によって接合されている。これにより、電極群1の負極2と負極リード7とが負極集電タブ2cを介して電気的に接続されている。
The
正極リード6、及び正極集電タブ3cに取り付ける挟持部材5の材料は、特に限定されないが、正極端子13の材料と同じであることが望ましい。正極端子13には、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が使用される。同様に、負極リード7、及び負極集電タブ2cに取り付ける挟持部材5の材料は、特に限定されないが、負極端子14の材料と同じであることが望ましい。負極端子14には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ニッケル、ニッケルメッキされた鉄などが使用される。例えば、端子の材質がアルミニウム又はアルミニウム合金の場合は、それに接続するリードの材質をアルミニウム、アルミニウム合金にすることが好ましい。また、端子が銅の場合は、それに接続するリードの材質を銅などにすることが望ましい。
The material of the holding
矩形板状の封口板12は、外装缶11の開口部に、例えばレーザでシーム溶接されている。封口板12は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレス鋼などの金属から形成される。封口板12と外装缶11とは、同じ種類の金属から形成されることが望ましい。
The rectangular plate-shaped
正極端子13は、正極リード6の支持板6aと電気的に接続されている。同様に、負極端子14は、負極リード7の支持板7aと電気的に接続されている。正極端子13と封口板12との間、及び負極端子14と封口板12との間には、絶縁ガスケット15がそれぞれ配置されている。かくして、正極端子13及び負極端子14が、封口板12と電気的に絶縁されている。絶縁ガスケット15は、樹脂成形品であることが望ましい。
The
第2の実施形態に係る非水電解質電池は、第1の実施形態に係る電極群を具備するので、ガス発生を十分に抑えることができる。 Since the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment includes the electrode group according to the first embodiment, gas generation can be sufficiently suppressed.
(第3の実施形態)
第3の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第2の実施形態に係る非水電解質電池を具備する。(Third Embodiment)
According to a third embodiment, a battery pack is provided. This battery pack comprises the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment.
第3の実施形態に係る電池パックは、1つの非水電解質電池(単電池)を含むこともできるし、又は複数の単電池を含むこともできる。複数の単電池を備える場合、各単電池は電気的に直列若しくは並列に接続されていてもよいし、又は直列及び並列の組み合わせで接続されていてもよい。 The battery pack according to the third embodiment may include one non-aqueous electrolyte battery (cell), or may include a plurality of cells. When a plurality of cells are provided, each cell may be electrically connected in series or in parallel, or may be connected in a combination of series and parallel.
次に、第3の実施形態に係る電池パックの一例を、図8を参照しながら具体的に説明する。
図8は、第3の実施形態に係る一例の電池パックの電気回路を示すブロック図である。Next, an example of the battery pack according to the third embodiment will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing an electric circuit of an example battery pack according to a third embodiment.
図8に示す電池パック20は、複数の単電池21を具備している。各単電池21は、例えば、図7を参照しながら説明した非水電解質電池と同様の構造を有する。
The
図8に示すように、複数の単電池21は、互いに電気的に直列に接続され、組電池22を構成している。正極側リード23は、組電池22の正極端子に接続され、その先端は正極側コネクタ24に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード25は、組電池22の負極端子に接続され、その先端は負極側コネクタ26に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ24及び26は、配線27及び28をそれぞれ通して保護回路29に接続されている。
As shown in FIG. 8, the plurality of
サーミスタ30は、単電池21の温度を検出し、その検出信号は保護回路29に送信される。保護回路29は、所定の条件で保護回路29と外部機器への通電用端子31との間のプラス側配線32a及びマイナス側配線32bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ30の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件とは、単電池21の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池21もしくは組電池22全体について行われる。個々の単電池21を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、又は正極電位若しくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池21中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図8の場合、単電池21それぞれに電圧検出のための配線33を接続し、これら配線33を通して検出信号が保護回路29に送信される。
The
図8では単電池21を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続してもよい。組み上がった電池パックを直列及び/又は並列に接続することもできる。
Although FIG. 8 shows a form in which the
また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。電池パックの用途としては、大電流特性でのサイクル特性が望まれるものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車等の車載用が挙げられる。特に、車載用が好適である。 In addition, the mode of the battery pack is appropriately changed depending on the application. As the use of the battery pack, those in which cycle characteristics with high current characteristics are desired are preferable. Specific examples thereof include power supplies for digital cameras, two-wheeled to four-wheeled hybrid electric vehicles, two-wheeled to four-wheeled electric vehicles, and in-vehicle use such as assisted bicycles. In particular, it is suitable for in-vehicle use.
以上に説明した第3の実施形態に係る電池パックは、第2の実施形態に係る非水電解質電池を具備するので、ガス発生を十分に抑えることができる。 Since the battery pack according to the third embodiment described above includes the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment, gas generation can be sufficiently suppressed.
[実施例]
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものではない。[Example]
Examples will be described below, but the present invention is not limited to the examples described below as long as the gist of the present invention is not exceeded.
(実施例1)
実施例1では、以下の手順で実施例1の電極群を作製した。(Example 1)
In Example 1, the electrode group of Example 1 was prepared by the following procedure.
<正極の作製>
まず、スピネル型の結晶構造を有するマンガン酸リチウムの粉末と、コバルト酸リチウムの粉末とを準備した。スピネル型の結晶構造を有するマンガン酸リチウムは、式LiMn1.6Al0.4O4で表される組成を有していた。この式は、一般式LiMn2-xMxO4において、MがAlでありx=0.4である式に対応する。コバルト酸リチウムは、式LiCoO2で表される組成を有していた。次いで、準備したスピネル型の結晶構造を有するマンガン酸リチウムの粉末と、コバルト酸リチウムの粉末とを、80対20の重量比率で混合し、混合物粉末を得た。この混合物粉末を正極活物質として用いた。<Preparation of positive electrode>
First, a lithium manganate powder having a spinel-type crystal structure and a lithium cobalt oxide powder were prepared. Lithium manganate having a spinel-type crystal structure had a composition represented by the formula LiMn 1.6 Al 0.4 O 4. This formula corresponds to the formula in which M is Al and x = 0.4 in the general formula LiMn 2-x M x O 4. Lithium cobalt oxide had a composition represented by the formula LiCoO 2. Next, the prepared lithium manganate powder having a spinel-type crystal structure and the lithium cobalt oxide powder were mixed at a weight ratio of 80:20 to obtain a mixture powder. This mixture powder was used as the positive electrode active material.
正極活物質としての活物質粉末と、導電剤としてのアセチレンブラックと、導電剤としてのグラファイトと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、91重量%:2.5重量%:3重量%:3.5重量%の重量割合で、N−メチルピロリドン(NMP)に添加して混合し、スラリーを調製した。このスラリーを、厚さが15μmであるアルミニウム箔からなる集電体に片面の塗布量が70g/m2となるように両面に塗布した。次いで、塗膜を乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスした。かくして、密度(集電体含まず)が2.8g/cm3である正極材料層を有する正極を作製した。Active material powder as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, 91% by weight: 2.5% by weight: 3 A slurry was prepared by adding and mixing N-methylpyrrolidone (NMP) in a weight ratio of% by weight: 3.5% by weight. This slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm on both sides so that the amount applied on one side was 70 g / m 2. The coating was then dried. Then, the dried coating film was pressed. Thus, a positive electrode having a positive electrode material layer having a density (excluding the current collector) of 2.8 g / cm 3 was prepared.
<負極の作製>
まず、スピネル型の結晶構造を有するチタン酸リチウムの粉末を準備した。スピネル型の結晶構造を有するチタン酸リチウムは、式Li4Ti5O12で表される組成を有していた。<Manufacturing of negative electrode>
First, a lithium titanate powder having a spinel-type crystal structure was prepared. Lithium titanate having a spinel-type crystal structure had a composition represented by the formula Li 4 Ti 5 O 12.
負極活物質としてのスピネル型の結晶構造を有するチタン酸リチウム粉末と、導電剤としてのグラファイトと、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのPVdFとを、85重量%:5重量%:3重量%:7重量%の重量割合でNMPに添加して混合し、スラリーを調製した。続いて、このスラリーを厚さが15μmであるアルミニウム箔からなる集電体に、片面の塗布量が30g/m2となるように両面に塗布した。次いで、塗膜を乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスした。かくして、密度(集電体含まず)が2.1g/cm3である負極材料層を有する負極を作製した。Lithium titanate powder having a spinel-type crystal structure as a negative electrode active material, graphite as a conductive agent, acetylene black as a conductive agent, and PVdF as a binder, 85% by weight: 5% by weight: A slurry was prepared by adding to NMP in a weight ratio of 3% by weight: 7% by weight and mixing. Subsequently, this slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm on both sides so that the amount applied on one side was 30 g / m 2. The coating was then dried. Then, the dried coating film was pressed. Thus, a negative electrode having a negative electrode material layer having a density (excluding the current collector) of 2.1 g / cm 3 was prepared.
<セパレータの準備>
一方で、セパレータとしての、セルロース製の繊維を含む多孔質繊維シートを準備した。この多孔質繊維シートが含む繊維の平均幅は、33μmであった。この多孔質繊維シートの坪量は、8g/m2であった。この多孔質繊維シートの透地率は18%であった。この多孔質繊維シートが含む細孔のうち、最も大きな細孔面積は、20×10-9m2であった。この多孔質繊維シートの透気度は、0.1秒/100mlであった。この多孔質繊維シートの厚さは15μmであった。これらのパラメータは、多孔質繊維シートを測定装置の試料台上に固定させて測定したこと以外は先に説明した手順と同様の手順によって測定した。同様の多孔質繊維シートを、もう一枚のセパレータとして準備した。<Preparation of separator>
On the other hand, a porous fiber sheet containing cellulose fibers was prepared as a separator. The average width of the fibers contained in this porous fiber sheet was 33 μm. The basis weight of this porous fiber sheet was 8 g / m 2 . The transparency of this porous fiber sheet was 18%. Among the pores contained in this porous fiber sheet, the largest pore area was 20 × 10 -9 m 2 . The air permeability of this porous fiber sheet was 0.1 second / 100 ml. The thickness of this porous fiber sheet was 15 μm. These parameters were measured by the same procedure as described above except that the porous fiber sheet was fixed on the sample table of the measuring device and measured. A similar porous fiber sheet was prepared as another separator.
<電極群の作製>
上記のようにして作製した正極と、先に説明した1枚のセパレータと、上記のようにして作製した負極と、先に説明したもう1枚のセパレータとを、この順序で積層し、積層体を得た。得られた積層体を、負極が最外周に位置するように渦巻き状に巻回して、巻回体を得た。この巻回体を90℃で加熱プレスすることにより、偏平状電極群を作製した。かくして、実施例1の電極群が得られた。<Preparation of electrode group>
The positive electrode produced as described above, the one separator described above, the negative electrode produced as described above, and the other separator described above are laminated in this order to form a laminated body. Got The obtained laminate was spirally wound so that the negative electrode was located on the outermost circumference to obtain a wound body. A group of flat electrodes was prepared by heating and pressing this wound body at 90 ° C. Thus, the electrode group of Example 1 was obtained.
(実施例2〜5及び比較例1〜4)
実施例2〜5及び比較例1〜4では、以下の表1に示すパラメータを有する多孔質繊維シートを用いたこと以外は、実施例1と同様の手順により、各実施例及び比較例の電極群を作製した。なお、各実施例及び比較例で用いた多孔質繊維シートは、セルロース製の繊維を含んでいた。また、各多孔質繊維シートは、以下の表1のパラメータを示すことができるように、先に説明した作製条件を複合的に調整して作製した。(Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 4)
In Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, the electrodes of each Example and Comparative Example were subjected to the same procedure as in Example 1 except that the porous fiber sheet having the parameters shown in Table 1 below was used. A group was prepared. The porous fiber sheet used in each Example and Comparative Example contained a fiber made of cellulose. In addition, each porous fiber sheet was prepared by comprehensively adjusting the production conditions described above so that the parameters shown in Table 1 below can be shown.
(比較例5)
以下の手順で負極を作製したこと以外は実施例1と同様の手順により、比較例5の電極群を作製した。(Comparative Example 5)
The electrode group of Comparative Example 5 was prepared by the same procedure as in Example 1 except that the negative electrode was prepared by the following procedure.
負極活物質としてのグラファイトと、結着剤としてのPVdFとを、95重量%:5重量%の重量割合でNMPに添加して混合し、スラリーを調製した。続いて、このスラリーを厚さが15μmであるアルミニウム箔からなる集電体に、片面の塗布量が30g/m2となるように両面に塗布した。次いで、塗膜を乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスした。かくして、密度(集電体含まず)が1.4g/cm3である負極材料層を有する負極を作製した。Graphite as a negative electrode active material and PVdF as a binder were added to NMP in a weight ratio of 95% by weight: 5% by weight and mixed to prepare a slurry. Subsequently, this slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm on both sides so that the amount applied on one side was 30 g / m 2. The coating was then dried. Then, the dried coating film was pressed. Thus, a negative electrode having a negative electrode material layer having a density (excluding the current collector) of 1.4 g / cm 3 was prepared.
[非水電解質電池の作製]
以上のようにして作製した実施例1〜5及び比較例1〜5の各電極群を用いて、以下の手順により各非水電解質電池を作製した。なお、以下では単に「電極群」を用いたことを説明しているが、各実施例及び比較例のそれぞれの電極群を同様に用いて、各非水電解質電池を作製した。[Manufacturing of non-aqueous electrolyte batteries]
Using the electrode groups of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 prepared as described above, each non-aqueous electrolyte battery was prepared by the following procedure. In the following, although it is explained that the "electrode group" is simply used, each non-aqueous electrolyte battery was produced by similarly using each electrode group of each Example and Comparative Example.
[収納]
電極群を外装部材としての外装缶に収納した。この外装缶の開口部に、注液口を備えた封口板を溶接した。注液口が開いた状態で、この外装缶の内部を、約95℃で8時間真空乾燥に供した。[Storage]
The electrode group was housed in an outer can as an outer member. A sealing plate provided with a liquid injection port was welded to the opening of the outer can. With the liquid injection port open, the inside of the outer can was vacuum dried at about 95 ° C. for 8 hours.
[非水電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とを体積比で1:2になるように混合して混合溶媒を調製した。この混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0モル/Lの濃度で溶解し、非水電解液を調製した。[Preparation of non-aqueous electrolyte solution]
Ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) were mixed in a volume ratio of 1: 2 to prepare a mixed solvent. Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in this mixed solvent at a concentration of 1.0 mol / L to prepare a non-aqueous electrolytic solution.
[電池の作製]
電極群を収容した外装缶内に、注液口より非水電解液を注入した。次いで、−90kPaの減圧環境下において、耐圧が0.4Mpa以上となるように注液口に仮封止を施した。かくして、電池ユニットが得られた。[Battery production]
A non-aqueous electrolytic solution was injected from the injection port into the outer can containing the electrode group. Then, in a reduced pressure environment of −90 kPa, the liquid injection port was temporarily sealed so that the withstand voltage was 0.4 Mpa or more. Thus, the battery unit was obtained.
次いで、電池ユニットを、25℃の環境下で、1Cレートで13分間充電し、SOC20%の状態にした。次いで、電池ユニットを、60℃環境下にて90時間エージングに供した。エージング終了後、−90kPaの減圧環境下において、電池ユニットの仮封止を開放して、セル内のガス抜きを行った。次いで、注液口に本封止を施した。かくして、非水電解質電池を作製した。
Next, the battery unit was charged at a 1 C rate for 13 minutes in an environment of 25 ° C. to a state of
[寿命試験]
各非水電解質電池を、以下の手順で寿命試験に供した。[Life test]
Each non-aqueous electrolyte battery was subjected to a life test according to the following procedure.
まず、非水電解質電池を、25℃の環境下で、1Cレートで定電流充電し、SOC30%に調整した。この状態の非水電解質電池の厚さTa[mm]を測定した。なお、非水電解質電池の厚さTaは、非水電解質電池の互いに直行する3つの方向における寸法のうち、最も小さい寸法とした。First, the non-aqueous electrolyte battery was charged with a constant current at a 1 C rate in an environment of 25 ° C. to adjust the SOC to 30%. The thickness Ta [mm] of the non-aqueous electrolyte battery in this state was measured. The thickness T a of the nonaqueous electrolyte battery is, among the dimensions in the three directions orthogonal to each other in a non-aqueous electrolyte battery was the smallest dimension.
次いで、非水電解質電池を、65℃環境下で1週間保存した。
次いで、非水電解質電池を恒温槽から取り出した。次いで、非水電解質電池の厚さTb[mm]を測定した。ここでの厚さTbは、試験前の厚さTaと同じ方向の寸法を図ることによって測定した。The non-aqueous electrolyte battery was then stored in a 65 ° C. environment for 1 week.
Then, the non-aqueous electrolyte battery was taken out from the constant temperature bath. Next, the thickness T b [mm] of the non-aqueous electrolyte battery was measured. The thickness T b here was measured by measuring in the same direction as the thickness T a before the test.
試験後の電池厚さTb[mm]の試験前の電池厚さTa[mm]に対する比を、寿命性能指数として算出した。各非水電解質電池についての寿命性能指数を、以下の表2に示す。The ratio of the battery thickness T b [mm] after the test to the battery thickness T a [mm] before the test was calculated as a life performance index. The life performance index for each non-aqueous electrolyte battery is shown in Table 2 below.
[評価]
表2に示した結果から明らかなように、実施例1〜5の非水電解質電池は、比較例1、2及び4の非水電解質電池のそれよりも低い寿命性能指数を示した。寿命性能指数が小さいほど、試験前後での厚みの増分が小さく、ガス発生量が少ないことを意味する。よって、寿命性能指数が小さいほど、ガス発生をより十分に抑えることができた非水電解質電池であるということができる。従って、表2に示した結果から、実施例1〜5の非水電解質電池は、比較例1、2及び4の非水電解質電池よりも、ガス発生をより十分に抑えることができたことが分かる。[evaluation]
As is clear from the results shown in Table 2, the non-aqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 5 showed a lower life performance index than that of the non-aqueous electrolyte batteries of Comparative Examples 1, 2 and 4. The smaller the figure of merit, the smaller the increase in thickness before and after the test, and the smaller the amount of gas generated. Therefore, it can be said that the smaller the life performance index, the more sufficiently the non-aqueous electrolyte battery can suppress the gas generation. Therefore, from the results shown in Table 2, it can be seen that the non-aqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 5 were able to suppress gas generation more sufficiently than the non-aqueous electrolyte batteries of Comparative Examples 1, 2 and 4. I understand.
比較例3及び5の各非水電解質電池は、正極と負極との間で電気的短絡が生じてしまい、電池として機能することができなかった。比較例3では、電極群が含むセパレータの透地率が高過ぎたため、電気的短絡が生じたと考えられる。比較例5では、充放電により負極上にリチウムデンドライトが析出し、これが多孔質繊維シートを貫通し、正極と負極との間の電気的短絡をもたらしたと考えられる。 Each of the non-aqueous electrolyte batteries of Comparative Examples 3 and 5 could not function as a battery due to an electrical short circuit between the positive electrode and the negative electrode. In Comparative Example 3, it is considered that an electrical short circuit occurred because the transparency of the separator contained in the electrode group was too high. In Comparative Example 5, it is considered that lithium dendrite was deposited on the negative electrode by charging and discharging, which penetrated the porous fiber sheet and caused an electrical short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
比較例1、2及び4の非水電解質電池がガス発生を十分に抑制できなかったのは、各比較例の電極群のセパレータの透地率が10%未満であったこと(比較例1及び2)及び/又は多孔質繊維シートが8×10-9m2以上の細孔面積を有する細孔を含まなかったこと(比較例1及び4)が原因であると考えられる。The reason why the non-aqueous electrolyte batteries of Comparative Examples 1, 2 and 4 could not sufficiently suppress the gas generation was that the transparency of the separator of the electrode group of each Comparative Example was less than 10% (Comparative Examples 1 and 4). 2) and / or the porous fiber sheet did not contain pores having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more (Comparative Examples 1 and 4).
以上に説明した1つ以上の実施形態及び実施例によると、電極群が提供される。この電極群は、正極と、負極と、少なくとも正極と負極との間に配置されたセパレータとを具備する。セパレータの透地率は10%以上20%以下である。セパレータは、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む。この電極群は、正極と負極とが向き合った方向における流体の移動を促進することができる。また、負極がリチウムチタン複合酸化物を含む。これらの結果、この電極群は、ガス発生を十分に抑えることができる非水電解質電池を実現することができる。According to one or more embodiments and examples described above, a group of electrodes is provided. This electrode group includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator arranged at least between the positive electrode and the negative electrode. The transparency of the separator is 10% or more and 20% or less. The separator comprises a porous fiber sheet containing pores and fibers having a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more. This electrode group can promote the movement of the fluid in the direction in which the positive electrode and the negative electrode face each other. Further, the negative electrode contains a lithium titanium composite oxide. As a result, this electrode group can realize a non-aqueous electrolyte battery capable of sufficiently suppressing gas generation.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
Claims (7)
リチウムチタン複合酸化物を含む負極と、
少なくとも前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと
を具備し、
前記セパレータは、透地率が10%以上20%以下であり、細孔面積が8×10-9m2以上である細孔と繊維とを含む多孔質繊維シートを含む電極群。With the positive electrode
A negative electrode containing a lithium-titanium composite oxide and
It is provided with at least a separator arranged between the positive electrode and the negative electrode.
The separator is an electrode group including a porous fiber sheet containing pores and fibers having a permeability of 10% or more and 20% or less and a pore area of 8 × 10 -9 m 2 or more.
前記負極は、多孔質の負極材料層を具備し、前記負極材料層が前記リチウムチタン複合酸化物を含み、
前記セパレータは、少なくとも前記正極材料層と前記負極材料層との間に配置されている請求項1〜4の何れか1項に記載の電極群。The positive electrode comprises a porous positive electrode material layer.
The negative electrode includes a porous negative electrode material layer, and the negative electrode material layer contains the lithium titanium composite oxide.
The electrode group according to any one of claims 1 to 4, wherein the separator is arranged at least between the positive electrode material layer and the negative electrode material layer.
非水電解質と
を具備する非水電解質電池。The electrode group according to any one of claims 1 to 5, and the electrode group.
A non-aqueous electrolyte battery comprising a non-aqueous electrolyte.
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