JP7159459B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
電解液の重量とコアにおける正極活物質層の総重量との百分率q、電解液におけるビニレンカーボネートの重量百分率r、コアにおける負極活物質層の圧密度s、及び正極活物質におけるマンガン元素の重量百分率pは、式(1)を満たし、
Li1+xMnaNibM1-a-bO2-yAy 化学式(1)
Li1+zMncN2-cO4-dBd 化学式(2)
以下の実施例は、本願に開示の内容をより具体的に説明する。これらの実施例は、本願に開示の内容の範囲内で様々な修正及び変更を行うことができることが、当業者にとって自明であるから、容易に理解するために説明を行うものだけである。特に明記しない限り、以下の実施例で報告される全ての部、百分率、及び比率は、いずれも重量に基づき計算され、実施例で使用される全ての試薬は、市販のものであるか、従来の方法により合成されるものであり、さらに処理することなく直接使用することができ、実施例で使用される機器はいずれも市販のものである。
正極シートの製造
第1のリチウムマンガン系正極活性材料のLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、第2のリチウムマンガン系正極活性材料のLiMn2O4、導電性カーボンブラック、及び接着剤のPVDFを溶媒のNMPで分散し、均一に混合して、正極スラリーを得る。正極スラリーを正極集電体のアルミ箔に均一に塗布し、乾燥、冷間プレス、分割、切断を経た後、正極シートを得る。第1のリチウムマンガン系正極活性材料のLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2と第2のリチウムマンガン系正極活性材料のLiMn2O4との重量比ηは、46:54であり、正極活物質、導電性カーボンブラック、及び接着剤のPVDFの重量比は、96:2:2である。
負極活物質の黒鉛、導電性カーボンブラック、増粘剤のCMC、及び接着剤のSBRを、96:1:1:2の重量比に従って、溶剤の脱イオン水で分散し、均一に混合して、負極スラリーを得る。負極スラリーを負極集電体の銅箔上に均一に塗布し、乾燥、冷間プレス、分割、切断を経た後、負極シートを得る。
第1の溶媒のエチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、及び第2の溶媒のエチルメチルカーボネート(EMC)を17:5:78の重量比で均一に混合して、第2の溶媒と第1の溶媒との重量比が3.5の非水有機溶媒を得る。1mol/LのLiPF6、及び電解液の0.42wt%の重量百分率を占めるビニレンカーボネートを、上記非水有機溶媒で溶解し、均一に混合して、電解液を得る。
正極シート、セパレータ及び負極シートを順序に積層し、セパレータとしてPP/PE/PP複合薄膜が利用され、それは、隔離の作用を果すように、正極シートと負極シートとの間に位置する。その後、コアに巻取ってソフトパックハウジングに入れ、頂部の封止、電解液の注入等の工程を経た後、ソフトパック電池が製造される。
実施例1との相違は、正極シートの製造工程、負極シートの製造工程、及び電解液の調製工程における関連パラメータを調整することであり、詳細を表1に示す。
(1)リチウムイオン二次電池の熱衝撃試験
新品のリチウムイオン二次電池を25℃で5分間放置し、1Cの倍率で4.2Vまで定電流で充電した後、電流が0.05C以下になるまで、定電圧で充電し、その後、5分間放置する。続いて、リチウムイオン二次電池をオーブンに放置し、オーブンの温度を2℃/minの昇温速度で25℃から130℃まで昇温した後、2時間保温する。昇温過程及び保温過程で電池表面の温度及び電池状態を監視する。
新品のリチウムイオン二次電池を45℃で5分間放置し、1Cの倍率で4.2Vまで定電流で充電した後、電流が0.05C以下になるまで、定電圧で充電し、その後、5分間放置し、さらに1Cの倍率で3.0Vまで定電流で放電し、これを一つの充放電サイクルとし、今回の放電容量を、リチウムイオン二次電池の1回目のサイクルの放電容量と記録する。リチウムイオン二次電池を、上記の方法で、500回サイクルして充放電させ、サイクル毎の放電容量を記録する。
新品のリチウムイオン二次電池を25℃で5分間放置し、1Cの倍率で4.2Vまで定電流で充電した後、電流が0.05C以下になるまで、定電圧で充電し、その後、5分間放置し、さらに1Cの倍率で3.0Vまで定電流で放電し、リチウムイオン二次電池の初期放電容量を測定して得る。
Iは、第1のリチウムマンガン系正極活性材料であり、IIは、第2のリチウムマンガン系正極活性材料であり、
重量比ηは、第1のリチウムマンガン系正極活性材料と第2のリチウムマンガン系正極活性材料と重量比であり、
pは、正極活物質におけるマンガン元素の重量百分率であり、
rは、電解液におけるビニレンカーボネートVCの重量百分率であり、
qは、電解液の重量とコアにおける正極活物質層の総重量との百分率である。
Claims (8)
- コア及び電解液を含むリチウムイオン二次電池であって、
前記コアの正極活物質は、リチウムマンガン系正極活性材料を含み、
前記電解液は、溶媒、リチウム塩及び添加剤を含み、前記添加剤は、ビニレンカーボネートを含み、
前記コアにおける正極活物質層の総重量に対する前記電解液の重量の重量百分率q、前記電解液における前記ビニレンカーボネートの重量百分率r、前記コアにおける負極活物質層の圧密度s、及び前記正極活物質におけるマンガン元素の重量百分率pは、式(1)を満たし、
前記負極活物質層に含まれる負極活物質は、黒鉛であり、
前記コアにおける正極活物質層の総重量に対する前記電解液の重量の重量百分率qは、20~70wt%であり、
前記電解液における前記ビニレンカーボネートの重量百分率rは、0.01~3.5wt%であり、
前記正極活物質におけるマンガン元素の重量百分率pは、5~50wt%であり、
前記コアにおける負極活物質層の圧密度sは、1.3~1.65g/cm3である、
リチウムイオン二次電池。 - 前記リチウムイオン二次電池において、前記ビニレンカーボネートの分子の個数と前記マンガン元素の原子の個数との比は、0.1:100~1.3:100である、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記コアにおける正極活物質層の圧密度は、3.0~3.6g/cm3である、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記正極活物質におけるマンガン元素の重量百分率pは、6~35wt%である、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記負極活物質層の片面の面密度Qは、70~140g/m2である、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記リチウムマンガン系正極活性材料は、化学式(1)で表される第1のリチウムマンガン系正極活性材料、及び化学式(2)で表される第2のリチウムマンガン系正極活性材料のうちの1種類又は複数種類を含み、
Li1+xMnaNibM1-a-bO2-yAy 化学式(1)
Li1+zMncN2-cO4-dBd 化学式(2)
前記化学式(1)において、-0.1≦x≦0.2、0<a<1、0≦b<1、0<a+b<1、0≦y<0.2であり、Mは、Co、Fe、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr及びCeのうちの1種類又は複数種類であり、Aは、S、N、F、Cl、Br及びIのうちの1種類又は複数種類を含み、
前記化学式(2)において、-0.1≦z≦0.2、0<c≦2、0≦d<1であり、Nは、Ni、Fe、Cr、Ti、Zn、V、Al、Mg、Zr及びCeのうちの1種類又は複数種類を含み、Bは、S、N、F、Cl、Br及びIのうちの1種類又は複数種類を含む、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記溶媒における第2の溶媒と第1の溶媒との重量比は、0~4であり、ここで、前記第1の溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びジエチルカーボネートから選択される1種類又は複数種類であり、前記第2の溶媒は、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル及び酪酸メチルから選択される1種類又は複数種類であり、及び/又は、
前記リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、ジシュウ酸ホウ酸リチウム、ジフルオロシュウ酸ホウ酸リチウム、ビストリフルオロメタンスルホンイミドリチウム及びビスフルオロスルホンイミドリチウムから選択される1種類又は複数種類である、
請求項1乃至7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
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