JP7169772B2 - 非水電解液電池及びその製造方法 - Google Patents
非水電解液電池及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7169772B2 JP7169772B2 JP2018101321A JP2018101321A JP7169772B2 JP 7169772 B2 JP7169772 B2 JP 7169772B2 JP 2018101321 A JP2018101321 A JP 2018101321A JP 2018101321 A JP2018101321 A JP 2018101321A JP 7169772 B2 JP7169772 B2 JP 7169772B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- aqueous electrolyte
- negative electrode
- electrolyte battery
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Description
本実施形態の非水電解液電池に係る負極の形成には、集電体を用いずに、Al基材(Al箔など)のみを負極前駆体として使用するものである。具体的には、前記Al基材からなる負極前駆体をそのまま電池の組み立てに用い、組み立てた後の充電によって、前記Al基材のAlを非水電解液中のLiイオンと電気化学的に反応させて、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とを有する負極を形成する。
本実施形態の非水電解液電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含有する正極合剤層を、正極集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。前述のように、負極のAl層の最大の厚さが30μm以上150μm以下の場合、即ち、初充電(化成)前の負極前駆体であるAl基材の厚さが30μm以上150μm以下の場合には、前記正極の容量は、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下に設定することが好ましい。これにより、負極前駆体のAl基材がLiイオンと反応しすぎて、負極のAl層の厚さが薄くなりすぎて、負極の引張強度が4N/mmを下回ることがなくなる。
セパレータは、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(即ち、シャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウムイオン二次電池などの非水電解液電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。セパレータの厚みは、例えば、10~30μmであることが好ましい。
本実施形態の非水電解液電池において、正極と負極とは、例えば、セパレータを介して重ねて構成した電極体、前記電極体を更に渦巻状に巻回して形成された巻回電極体、又は複数の正極と複数の負極とを交互に積層した積層電極体の形態で使用されるが、円筒形電池に比べて、巻回電極体を角形外装体に封入した角形電池の場合には、特に負極のR部に大きな応力がかかるため、アルミニウムを単独で負極材料として用いても負極の強度を維持でき、高温環境下での長期信頼性を確保できる本実施形態の非水電解液電池電池の構成が好適に用いられる。
非水電解液には、有機溶媒中に、リチウム塩を溶解させた溶液を使用する。
本実施形態の非水電解液電池は、例えば、電極体を外装体内に装填し、更に外装体内に非水電解液を注入して非水電解液中に電極体を浸漬させた後、外装体の開口部を封止することで製造される。外装体には、スチール製やアルミニウム製、アルミニウム合金製の外装缶や、金属を蒸着したラミネートフィルムで構成される外装体などを用いることができる。
<正極の作製>
先ず、正極活物質であるLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック:1.5質量部と、バインダであるPVDF:1.5質量部とを、NMPに分散させた正極合剤含有スラリーを調製した。次に、この正極合剤含有スラリーを厚さ12μmのAl箔の両面に塗布し、乾燥し、プレス処理を行うことにより、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり10mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した。更に、正極合剤層のプレス処理を行うことにより、長さ974mm、幅40mmの大きさの帯状の正極を作製した。但し、スラリーの塗布面の一部には正極合剤層を形成せず、Al箔が露出する箇所を設け、そのAl箔が露出する箇所に、電池外部との導電接続のためのAl製のリード体を超音波溶接した。
厚さ70μm、長さ988mm、幅44mmの大きさの帯状のAl箔を負極前駆体として用いた。但し、前記Al箔の端部に、電池外部との導電接続のためのNi製のリード体を超音波溶接した。
前記正極と前記負極前駆体とを、厚さ16μmのPE製の微多孔フィルムよりなるセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻回した後、押しつぶして扁平状の巻回電極体を作製した。
プロピレンカーボネート(PC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)との体積比17:63:20の混合溶媒に、LiBF4を1.2mol/Lの濃度で溶解させ、更にアジポニトリルを5質量%、リン酸トリス(トリメチルシリル:TMSP)を2質量%となる量で添加することで、非水電解液を調製した。
103450サイズで板厚が0.8mmのAl合金製の外装缶に、前記巻回電極体及び前記非水電解液を封入することにより、定格容量が800mAhで、図3及び図4に示す角形の非水電解液電池を作製した。
負極前駆体として、厚さ38μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
負極前駆体として、厚さ56μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり25mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.80Co0.15Al0.05O2で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
実施例1の正極活物質に代えて、LiCoO2で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
実施例1の正極活物質に代えて、LiMn2O4で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
負極前駆体として、厚さ31μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、実施例1の正極活物質に代えて、LiMn2O4で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用い、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり7mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.80Co0.15Al0.05O2で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用い、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり30mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
負極前駆体として、厚さ25μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
負極前駆体として、厚さ60μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり40mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
負極前駆体として、厚さ40μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり20mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。次に、各電池を分解して、正極を取り出し、その取り出した正極の片面の正極合剤層を除去し、その片面から正極合剤層を除去した正極の正極合剤層の部分を1cm2の大きさに切り抜いて正極容量測定サンプルとした。続いて、その正極容量測定サンプルと、Li箔とを組み合わせて、モデルセルを作製した。このモデルセルの非水電解液としては、各電池で使用したものと同じ非水電解液を用いた。次に、このモデルセルを0.25mAの定電流で、各電池の初充電電圧3.8Vに0.35Vを加えた4.15Vまで定電流充電し、その後、4.15Vの電圧で充電電流が0.025mAに低下するまで定電圧充電を行った。その後、0.25mAの定電流で3Vとなるまで放電を行い、その時の容量を前記正極の容量とした。
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。この満充電状態とした各電池を解体して負極を取り出し、負極を10mm×50mmの矩形状に切り出して試験片とした。この試験片を、チャック間距離を30mmとして、今田製作所社製の引張試験機“SDT-52型”(製品名)に取り付け、クロスヘッド速度10mm/分で引張試験を行い、引張強度を測定した。
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。この満充電状態とした各電池を、定電流2000mAで2.0Vとなるまで放電を行い、初回放電容量を求めた。
容量維持率(%)=(貯蔵後放電容量/初回放電容量)×100
容量維持率が70%以上の場合:高温貯蔵特性は優良(○)
容量維持率が50~69%の場合:高温貯蔵特性は良(△)
容量維持率が49%以下の場合:高温貯蔵特性は不良(×)
2 負極
3 セパレータ
4 外装缶
5 絶縁体
6 巻回電極体
7 正極リード体
8 負極リード体
9 蓋板
10 絶縁パッキング
11 端子
12 絶縁体
13 リード板
14 非水電解液注入口
15 開裂ベント
100 Al基材(負極前駆体)
200 負極
201 Al層
202 Li-Al合金層
Claims (13)
- 正極、負極、非水電解液及びセパレータを含む非水電解液電池であって、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に形成された正極合剤層とを含み、
前記正極合剤層は、Liイオンを吸蔵・放出可能であり、
前記負極の面積は、前記正極の前記正極合剤層の面積より大きく、且つ、前記負極は、前記セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置され、
前記負極は、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とを含み、
前記負極の引張強度が、4N/mm以上であり、
前記Al層の最大の厚さが、30μm以上150μm以下であり、
前記正極の容量が、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下であることを特徴とする非水電解液電池。 - 前記正極合剤層は、前記正極集電体の少なくとも片面に形成され、
前記正極集電体の片面あたりの前記正極合剤層の質量が、7mg/cm2以上30mg/cm2以下である請求項1に記載の非水電解液電池。 - 前記正極、前記負極及び前記セパレータが、巻回電極体を形成し、
前記巻回電極体が、角形外装体に封入されている請求項1又は2に記載の非水電解液電池。 - 前記正極合剤層は、正極活物質として、リチウム含有ニッケル層状酸化物を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解液電池。
- 前記リチウム含有ニッケル層状酸化物は、下記一般式(1)で表される請求項4に記載の非水電解液電池。
Li1+xNi1-y-zM1 yM2 zO2 (1)
前記一般式(1)中、M1はCo、Mn、Al、Mg、Zr、Mo、Ti、Ba、W及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M2はLi、Ni及びM1以外の元素であり、-0.1≦x≦0.1、0≦y<0.85、0≦z≦0.05である。 - 前記正極活物質は、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なるリチウム含有複合酸化物を更に含む請求項4に記載の非水電解液電池。
- 前記非水電解液は、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物として、リン酸トリス(トリメチルシリル)を含む請求項7に記載の非水電解液電池。
- 前記非水電解液は、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するホウ酸化合物として、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)を含む請求項7に記載の非水電解液電池。
- 前記非水電解液は、リチウム塩としてLiBF4を含み、有機溶媒としてプロピレンカーボネートを含み、更にニトリル化合物を含む請求項1~9のいずれか1項に記載の非水電解液電池。
- 前記非水電解液は、前記ニトリル化合物として、スベロニトリル、ピメロニトリル及びアジポニトリルからなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項10に記載の非水電解液電池。
- 前記非水電解液の前記ニトリル化合物の含有量が、0.1質量%以上10質量%以下である請求項10又は11に記載の非水電解液電池。
- 請求項1~12のいずれか1項に記載の非水電解液電池を製造する方法であって、
正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層が形成され、且つ、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を準備する工程と、
前記正極の前記正極合剤層の面積よりも大きな面積を有し、且つ、厚さが30μm以上150μm以下のアルミニウム基材からなる負極前駆体を準備する工程と、
前記負極前駆体を、セパレータを介して、前記正極の前記正極合剤層の全面を覆うように配置して電極体を作製する工程と、
前記電極体と、非水電解液とを外装体に封入した後、充電する工程とを含むことを特徴とする非水電解液電池の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018101321A JP7169772B2 (ja) | 2018-05-28 | 2018-05-28 | 非水電解液電池及びその製造方法 |
JP2022174294A JP7469434B2 (ja) | 2018-05-28 | 2022-10-31 | 非水電解液電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018101321A JP7169772B2 (ja) | 2018-05-28 | 2018-05-28 | 非水電解液電池及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022174294A Division JP7469434B2 (ja) | 2018-05-28 | 2022-10-31 | 非水電解液電池及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019207755A JP2019207755A (ja) | 2019-12-05 |
JP7169772B2 true JP7169772B2 (ja) | 2022-11-11 |
Family
ID=68768571
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018101321A Active JP7169772B2 (ja) | 2018-05-28 | 2018-05-28 | 非水電解液電池及びその製造方法 |
JP2022174294A Active JP7469434B2 (ja) | 2018-05-28 | 2022-10-31 | 非水電解液電池及びその製造方法 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022174294A Active JP7469434B2 (ja) | 2018-05-28 | 2022-10-31 | 非水電解液電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP7169772B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111342129B (zh) * | 2020-03-03 | 2021-07-20 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及电化学装置 |
EP4020622A4 (en) * | 2020-03-03 | 2023-12-20 | Ningde Amperex Technology Limited | ELECTROCHEMICAL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE |
US11967674B2 (en) | 2020-03-03 | 2024-04-23 | Ningde Amperex Technology Limited | Electrolyte and electrochemical device |
JPWO2021206120A1 (ja) * | 2020-04-09 | 2021-10-14 | ||
WO2022102591A1 (ja) * | 2020-11-11 | 2022-05-19 | 株式会社Gsユアサ | 非水電解質蓄電素子及び非水電解質蓄電装置 |
CN112760509A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-07 | 昆明理工大学 | 一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016039323A1 (ja) | 2014-09-08 | 2016-03-17 | 日立マクセル株式会社 | 非水電解液電池、その製造方法、および非水電解液電池システム |
WO2017154592A1 (ja) | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 日立マクセル株式会社 | 非水電解液電池 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003208922A (ja) | 2002-01-10 | 2003-07-25 | Hitachi Ltd | リチウムイオン二次電池 |
-
2018
- 2018-05-28 JP JP2018101321A patent/JP7169772B2/ja active Active
-
2022
- 2022-10-31 JP JP2022174294A patent/JP7469434B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016039323A1 (ja) | 2014-09-08 | 2016-03-17 | 日立マクセル株式会社 | 非水電解液電池、その製造方法、および非水電解液電池システム |
WO2017154592A1 (ja) | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 日立マクセル株式会社 | 非水電解液電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7469434B2 (ja) | 2024-04-16 |
JP2019207755A (ja) | 2019-12-05 |
JP2022189954A (ja) | 2022-12-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7169772B2 (ja) | 非水電解液電池及びその製造方法 | |
US7556881B2 (en) | Lithium secondary battery | |
US20190013543A1 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP4412304B2 (ja) | 二次電池 | |
JP6139776B2 (ja) | 非水電解液電池、およびその製造方法 | |
US9601809B2 (en) | Lithium secondary battery | |
WO2017138361A1 (ja) | 非水電解液電池 | |
JP2014035877A (ja) | 非水電解質二次電池の製造方法 | |
JP2010205436A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
KR20140090097A (ko) | 비수 전해질 이차 전지 | |
JP2014225324A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2014078535A (ja) | 負極および電池 | |
JP2013131427A (ja) | ラミネート電池 | |
JP2012084426A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP6656370B2 (ja) | リチウムイオン二次電池および組電池 | |
JP2019175786A (ja) | 非水電解液電池 | |
JP7337096B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
WO2013137285A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP3530174B2 (ja) | 正極活物質及びリチウムイオン二次電池 | |
JP7403474B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
JP4161396B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP7026000B2 (ja) | 非水電解液電池 | |
WO2020137818A1 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
JP7017108B2 (ja) | 活物質、電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP7277626B2 (ja) | 非水電解液電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210225 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220117 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220411 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220714 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220829 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221031 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7169772 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |