JP7276317B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP7276317B2
JP7276317B2 JP2020507956A JP2020507956A JP7276317B2 JP 7276317 B2 JP7276317 B2 JP 7276317B2 JP 2020507956 A JP2020507956 A JP 2020507956A JP 2020507956 A JP2020507956 A JP 2020507956A JP 7276317 B2 JP7276317 B2 JP 7276317B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
positive electrode
metal layer
exterior body
average thickness
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
Application number
JP2020507956A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019182151A1 (ja
Inventor
孝将 南
一摩 秋元
秀明 関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Publication of JPWO2019182151A1 publication Critical patent/JPWO2019182151A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7276317B2 publication Critical patent/JP7276317B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0563Liquid materials, e.g. for Li-SOCl2 cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0587Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117Inorganic material
    • H01M50/119Metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121Organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/1245Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure characterised by the external coating on the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/126Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H01M50/129Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers with two or more layers of only organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/133Thickness
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543Terminals
    • H01M50/547Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/55Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543Terminals
    • H01M50/552Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • H01M50/557Plate-shaped terminals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関する。
本願は、2018年3月23日に、日本に出願された特願2018-056886号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
電池の軽量化、電池デザインの自由度を高める等の目的で、外装体として金属層と樹脂層を積層して得られるラミネートフィルムを用いて、電極が積層や捲回された電池素子を密閉シールしたラミネートセルが実用化されている。
ラミネートフィルムは、金属層とその両面を被覆する樹脂層とを有する。ラミネートフィルムの樹脂層の一部に亀裂等が生じると、ラミネートフィルムを構成する金属層が電解質と反応することがある。例えば、伝導イオンが金属として析出する析出反応や、伝導イオンと金属層を構成する金属とが合金化する合金化反応等が生じる。これらの反応が生じると、外装体の金属層が腐食し、ラミネートフィルムのガスバリア性が低下する。ラミネートフィルムのガスバリア性の低下は、非水電解液二次電池の長期的な信頼性を低下させる。そのため、外装体の金属層の腐食を抑制できる方法が求められている。
特許文献1には、少なくとも、基材層、金属層、及びシーラント層が順に積層されたシート状の積層体が成形された電気化学素子用外装体であって、成形された金属層の角部を形成する各湾曲部a、cの厚みと、当該各湾曲部の中間に位置する部分bの厚みとが特定の関係(a≧b>cまたはa≧c>b)を満たす、電気化学素子用外装体が記載されている。
また特許文献2には、ラミネートフィルムの金属層と正極とを電気的に接続した非水電解液二次電池が記載されている。
国際公開第2016/047389号 特開2000-353502号公報
特許文献1に記載の外装体は、湾曲部の形状を制御することで亀裂の発生を抑制している。しかしながら、亀裂が生じてしまった場合には、金属の腐食反応を防ぐことができない。
また特許文献2に記載の非水電解液二次電池は、ラミネートフィルムの金属層と正極とを電気的に接続することで、金属層の電位が低くなることを防止している。しかしながら、正極と金属層とを電気的に接続すると、金属層が外部電源と短絡すること等により正極に過電圧がかかってしまう場合がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、外装体内の金属層の電位を貴に保ち、腐食を抑制できる非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
発明者らは、鋭意検討の結果、外装体の厚みを制御することで、正極とラミネートフィルムの金属層とを電気的に短絡させずに、金属層の電位を高く保つことができることを見出した。
すなわち、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(1)第1の態様にかかる非水電解液二次電池は、正極端子を有する正極と、負極端子を有する負極と、前記正極と前記負極との間に位置するセパレータと、を備える発電素子と、前記発電素子を被覆し、金属層と前記金属層の両面を被覆する樹脂層とを有する外装体とを備え、前記発電素子の前記正極端子及び前記負極端子が存在する第1側面を被覆する前記外装体の第1部分の平均厚みt1と、前記発電素子の前記第1側面と交差する位置にある第2側面を被覆する前記外装体の第2部分の平均厚みt2と、が異なり、前記発電素子を積層方向から平面視した際に、前記正極端子及び前記負極端子が延びる第1方向と直交する第2方向において、前記負極の幅が前記正極の幅より大きい場合は、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とがt1<t2の関係を満たし、前記発電素子を積層方向から平面視した際に、前記第2方向において、前記負極の幅が前記正極の幅より小さい場合は、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とがt1>t2の関係を満たす。
(2)上記態様にかかる非水電解液二次電池において、前記負極の幅が前記正極の幅より大きい場合、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とが、t1<t2、且つ0.70×t2<t1の関係を満たしてもよい。
(3)上記態様にかかる非水電解液二次電池において、前記負極の幅が前記正極の幅より小さい場合、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とが、t1>t2、且つt1<1.43×t2の関係を満たしてもよい。
(4)上記態様にかかる非水電解液二次電池において、前記負極端子の少なくとも一部が絶縁テープで覆われていてもよい。
上記態様に係る非水電解液二次電池によれば、外装体内の金属層の電位を貴に保ち、腐食を抑制できる。
本実施形態にかかる非水電解液二次電池の模式斜視図である。 本実施形態にかかる非水電解液二次電池の断面模式図である。 本実施形態にかかる非水電解液二次電池における外装体と発電素子との電位の関係を説明するための模式図である。 本実施形態にかかる非水電解液二次電池における外装体と発電素子との電位の関係を説明するための模式図である。 本実施形態にかかる非水電解液二次電池の外装体の製造方法の一例を模式的に示した図である。
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
[非水電解液二次電池]
図1は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池の模式図である。図1に示す非水電解液二次電池100は、発電素子10と、二つの端子20(負極端子21と正極端子22)と、外装体30と、を備える。発電素子10は、外装体30に設けられた収容空間K内に収容される。図1では、理解を容易にするために、発電素子10が外装体30内に収容される直前の状態を図示している。
(発電素子)
図2は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池の断面模式図である。図2に示す発電素子10は、負極1と正極2とセパレータ3とを有する。図2に示す発電素子10は、負極1と正極2とが、セパレータ3を挟んで対向配置された積層体である。積層体における負極1、正極2及びセパレータ3の積層数は特に問わない。発電素子10は、負極1と正極2とが、セパレータ3を挟んで対向配置された積層体が捲回されてなる捲回体でもよい。
以下、負極端子21及び正極端子22が延在する第1方向をx方向、発電素子10の積層方向をz方向、x方向及びz方向に直交する方向をy方向とする。「発電素子10の積層方向」は、発電素子10が積層体の場合は積層体の積層方向であり、発電素子10が扁平な捲回体の場合は巻中心から外表面までの距離が最も短くなる方向である。また発電素子10が巻中心を基準に同心円状に巻回された捲回体の場合は、巻中心を基準としたいずれかの方向である。捲回体の場合は、巻中心を基準に負極1、正極2及びセパレータ3が積層されているためである。
負極1は、板状(膜状)の負極集電体1Aと負極活物質層1Bとを有する。負極活物質層1Bは、負極集電体1Aの少なくとも一面に形成されている。正極2は、板状(膜状)の正極集電体2Aと正極活物質層2Bとを有する。正極活物質層2Bは、正極集電体2Aの少なくとも一面に形成されている。負極活物質層1B及び正極活物質層2Bには、電解液が含浸されている。この電解液を介して、負極1と正極2とはイオンの授受を行う。
正極集電体2Aは、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
正極活物質層2Bに用いる正極活物質は、イオンの吸蔵及び放出、イオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、イオンとカウンターアニオンのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。イオンには、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン等を用いることができ、リチウムイオンを用いることが特に好ましい。
例えばリチウムイオン二次電池の場合、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMn(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどを、正極活物質として用いることができる。
また正極活物質層2Bは、導電材を有していてもよい。導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、正極活物質層2Bは導電材を含んでいなくてもよい。
また正極活物質層2Bは、バインダーを含む。バインダーは、公知のものを用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、が挙げられる。
また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。
負極活物質層1Bに用いる負極活物質は、公知の非水電解液二次電池に用いられる負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、金属リチウム等のアルカリ又はアルカリ土類金属、イオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウム等の金属と化合することのできる金属、SiO(0<x<2)、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)等を含む粒子が挙げられる。
負極集電体1A、導電材及びバインダーは、正極2と同様のものを用いることができる。負極に用いるバインダーは正極に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。
セパレータ3は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
セパレータ3は、片面もしくは両面に無機粒子や耐熱樹脂を含む耐熱層や接着性樹脂を含む接着層などの機能層を積層してもよい。
電解液には、塩等を含む電解質溶液(電解質水溶液、非水電解液)を使用することができる。電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低く、充電時の耐用電圧が低くなる。そのため、非水電解液を用いることが好ましい。非水電解液は、有機溶媒等の非水溶媒を溶媒として用いる。安全性の観点から、非水溶媒の一部または全部をイオン液体に置き換えてもよい。
非水電解液は、塩(電解質)と非水溶媒とを含む。非水溶媒は、環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9~1:1にすることが好ましい。
環状カーボネートは、電解質を溶媒和できるものが用いられる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネート等が、環状カーボネートとして用いられる。
鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等が、鎖状カーボネートとして用いられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の鎖状エステル類、γ-ブチロラクトン等の環状エステル類、アセトニトリル、プロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル等のニトリル類、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。
電解液には、適宜、添加剤を加えてもよい。添加剤としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、プロパンスルトン、ブタンスルトン、アジポニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、ジフェニルカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、リチウムビスオキサレートボレート、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等を用いることができる。添加剤は1種でもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
電解質としては、金属塩を用いることができる。例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiCFCFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、電解質としてLiPFを含むことが好ましい。
LiPFを非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、0.5~2.0mol/Lに調整することが好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が2.0mol/L以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。
LiPFをその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が0.5~2.0mol/Lに調整することが好ましく、LiPFからのリチウムイオン濃度がその50mol%以上含まれることがさらに好ましい。
非水電解液は、高分子材料に保持させたゲル状電解質であってもよい。高分子材料としては、例えばポリフッ化ビニリデンおよびポリフッ化ビニリデンの共重合体が挙げられ、その共重合体モノマーとしてはヘキサフルオロプロピレンあるいはテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。これらポリフッ化ビニリデンおよびその共重合体は高い電池特性を得ることができるので好ましい。
高分子材料としては、他にも、例えばポリアクリロニトリルおよびポリアクリロニトリルの共重合体を用いることができ、その共重合体モノマー、例えばビニル系モノマーとしては酢酸ビニル,メタクリル酸メチル,メタクリル酸ブチル,アクリル酸メチル,アクリル酸ブチル,イタコン酸,水素化メチルアクリレート,水素化エチルアクリレート,アクリルアミド,塩化ビニル,フッ化ビニリデンあるいは塩化ビニリデンなどが挙げられる。また他にも、アクリロニトリルブタジエンゴム,アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂,アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン樹脂,アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン樹脂,アクリロニトリル塩化ビニル樹脂,アクリロニトリルメタアクリレート樹脂あるいはアクリロニトリルアクリレート樹脂などを用いてもよい。
高分子材料としては、更に、例えばポリエチレンオキサイドおよびポリエチレンオキサイドの共重合体を用いてもよく、その共重合体モノマーとしては、ポリプロピレンオキサイド,メタクリル酸メチル,メタクリル酸ブチル,アクリル酸メチルあるいはアクリル酸ブチルなどが挙げられる。また他にも、ポリエーテル変性シロキサンおよびその共重合体を用いてもよい。
(端子)
端子20は2つあり、一方が負極端子21、他方が正極端子22である。端子20の一端(第1端部)は発電素子10に接続され、他端(第2端部)は外装体30の外部に延出する。2つの端子20は、それぞれ同じ方向に延出してもよいし、異なる方向に延出してもよい。負極端子21は負極集電体1Aに接続され、正極端子22は正極集電体2Aに接続される。接続方法は特に問わず、溶接、ネジ止め等を用いることができる。端子20には、アルミニウム、ニッケル等の導電材料を用いることができる。
負極端子21及び正極端子22の外装体30とのシール部分には、樹脂からなるシーラントを設置してもよい。シーラントは、負極端子21及び正極端子22と、外装体30の金属層31とが、熱シール時に短絡することを防ぐ。樹脂は、外装体とのシール性を考慮し、ポリエチレン(PE)またはポリプロピレン(PP)を含むことが好ましい。
(外装体)
外装体30は、その内部に発電素子10及び電解液を密封する。外装体30は、金属層31と、金属層31の発電素子10側の内面を被覆する内面樹脂層32と、金属層31の発電素子10と反対側の外面を被覆する外面樹脂層33と、を有する。外装体30は、いわゆる金属ラミネートフィルムである。
内面樹脂層32及び外面樹脂層33には、ポリプロピレン等の高分子膜を利用できる。内面樹脂層32を構成する材料と外面樹脂層33を構成する材料は異なっていてもよい。例えば、外面樹脂層33の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)等を用い、内面樹脂層32の高分子膜の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等を用いることができる。
図1に示す外装体30は、凹部を有する第1面30Aと第2面30Bとが折りたたまれて収容空間Kを構成する。第1面30Aと第2面30Bとは、外周をシールして密着する。外装体30は、図1に示すように、第1面30Aと第2面30Bとが折りたたまれて収容空間Kを形成するものに限られず、二枚のフィルムを接合したものでもよい。凹部は、二枚のフィルムのそれぞれに設けてもよいし、一方のフィルムのみに設けてもよい。
発電素子10の負極端子21及び正極端子22が存在する第1側面10Aを被覆する外装体30の第1部分301の平均厚みt1と、第1側面10Aと交差する位置にある第2側面10Bを被覆する外装体30の第2部分302の平均厚みt2と、は異なる。
ここで「第1部分301及び第2部分302」は、それぞれの位置においてシール辺を除く部分であり、z方向においては、発電素子10のx方向又はy方向への投影面の端から0.5mm以上内側の領域で、xおよびy方向においては、発電素子10のz方向への投影面の端から1.5mm以上内側の領域を意味する。すなわち、上下面及び両側面からの距離が近接する発電素子10の角部を被覆する湾曲部を含まない。
外装体30の第1部分301の平均厚みt1と外装体30の第2部分302の平均厚みt2との関係は、発電素子10の構成によって異なる。発電素子10をz方向から平面視した際に、x方向と直交するy方向において、負極1の幅W1が正極2の幅W2より大きい場合は(W1>W2)、t1<t2の関係を満たし、負極1の幅W1が正極2の幅W2より小さい場合は(W1<W2)、t1>t2の関係を満たす。
外装体30の第1部分301の平均厚みt1と第2部分302の平均厚みt2とが、それぞれの場合において上記の関係を満たすと、外装体30の金属層31の電位を貴に保つことができる。
図3は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池における外装体と発電素子との電位の関係を説明するための模式図である。図3では、簡単のため負極1と正極2との間のセパレータ3を省略している。図3は、発電素子10をz方向から平面視した際のy方向における負極1の幅W1が正極2の幅W2より大きい場合に該当する。
発電素子10をz方向から平面視した際のy方向における負極1の幅W1が正極2の幅W2より大きい場合の具体例は、発電素子10が積層体の場合、正極より負極が最外周側に位置する捲回体の場合、等がある。積層体の場合、負極1の面積を正極2の面積より広くするためである。
外装体30の金属層31の電位V31は、以下の式(1)で表記される。
V31=Va+(Vc-Va)×1/(1+Rc/Ra)・・・(1)
ここで式(1)においてVaは負極1の電位であり、Vcは正極2の電位であり、Raは外装体30の金属層31と負極1との間の抵抗であり、Rcは外装体30の金属層31と正極2との間の抵抗である。式(1)は負極1の電位Vaを基準に、セル電圧(Vc-Va)と、金属層31と負極1又は正極2と間の抵抗Ra、Rcの比と、の積で求められる。式(1)においてRc/Raが小さいほど、外装体30の金属層31の電位V31は高くなる(貴になる)。
ここで外装体30の金属層31と負極1との間の抵抗Raは、第1部分301における金属層31と負極1との間の抵抗Ra1と、第2部分302における金属層31と負極1との間の抵抗Ra2と、に分けられる。また外装体30の金属層31と正極2との間の抵抗Rcは、第1部分301における金属層31と正極2との間の抵抗Rc1と、第2部分302における金属層31と正極2との間の抵抗Rc2と、に分けられる。
ここで発電素子10に対する外装体30の金属層31の主な抵抗要素は内面樹脂層32であるが、内面樹脂層32の抵抗は、内面樹脂層32の変形度合が大きい程小さい。外装体30に発電素子10を収容する凹部を形成するに当り、変形度合が大きい外装体30の側面部(発電素子10の側面に位置する部分)においてより抵抗が小さくなる。そのため、変形度合が小さく抵抗が大きい発電素子10のz方向の上下に位置する外装体30における金属層31の電位に対する実効的な寄与は考慮しなくてよい。
また、各側面部における変形度合は、各側面部における厚みの変化量と強い相関がある。外装体30に凹部を形成するに当り、各側面部は引き伸ばされるため、外装体30の厚みが小さい程、抵抗が小さくなる。
図3に示す非水電解液二次電池の場合、発電素子10のy方向の第2側面10Bにおいて負極1は正極2より外側に位置する。そのため、第2部分302における金属層31と正極2との間の抵抗Rc2は、第2部分302における金属層31と負極1との間の抵抗Ra2より大きい。発電素子10が正極より負極が最外周側に位置する捲回体の場合は、正極2と金属層31との間に負極1が存在するため、第2部分302における金属層31と正極2との間の抵抗Rc2は、第2部分302における金属層31と負極1との間の抵抗Ra2より特に大きくなる。換言すると、第2側面10B側の第2部分302においてRc/Raを小さくすることは難しい。
第2部分302における発電素子10と金属層31との間の抵抗が、第1部分301における発電素子10と金属層31との間の抵抗より小さい場合(発電素子10と金属層31とが、第1部分301より第2部分302で短絡しやすい場合)は、金属層31の電位V31は第2部分302における発電素子10と金属層31との間の抵抗の影響を強く受ける。上述のように、第2部分302ではRc/Raを小さくすることは難しいため、この場合は金属層31の電位V31を貴に保つことが難しい。
これに対して第1部分301は、負極端子21及び正極端子22を備えるため、負極1及び正極2と金属層31との関係は対等である。そのため、第2部分302と比較して第1部分301の方が、Rc/Raを小さくしやすい。第1部分301における発電素子10と金属層31との間の抵抗を、第2部分302における発電素子10と金属層31との間の抵抗より小さくすると、金属層31の電位V31に対する第1部分301における発電素子10と金属層31との間の抵抗の影響が強まる。
外装体30の第1部分301の平均厚みt1が第2部分302の平均厚みt2より薄いと、第1部分301における発電素子10と金属層31との間の抵抗が、第2部分302における発電素子10と金属層31との間の抵抗より小さくなる。図3に示す非水電解液二次電池の場合、第1部分301は、第2部分302と比較してRc/Raを小さくしやすい。すなわち、発電素子10をz方向から平面視した際のy方向における負極1の幅W1が正極2の幅W2より大きい場合は(W1>W2、すなわちW1/W2>1)、外装体30の第1部分301の平均厚みt1を第2部分302の平均厚みt2より薄くすると(t1<t2、すなわちt1/t2<1)、Rc/Raを小さくでき、外装体30の金属層31の電位を貴に保つことができる。
また、非水電解液二次電池の形状保持の観点から、外装体30の第1部分301の平均厚みt1は、0.70×t2より厚いことが好ましい(0.70×t2<t1)。よって、負極1の幅W1が正極2の幅W2より大きい場合、第1部分301の平均厚みt1と第2部分302の平均厚みt2とが、t1<t2、且つ0.70×t2<t1の関係を満たすのが好ましい。
これに対し、発電素子10をz方向から平面視した際のy方向における負極1の幅W1が正極2の幅W2より小さい場合は、関係性が逆転する。図4は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池における外装体と発電素子との電位の関係を説明するための模式図である。図4では、簡単のため負極1と正極2との間のセパレータ3を省略している。図4は、発電素子10をz方向から平面視した際のy方向における負極1の幅W1が正極2の幅W2より小さい場合に該当する。
発電素子10をz方向から平面視した際のy方向における負極1の幅W1が正極2の幅W2より小さい場合の具体例としては、負極より正極が最外周側に位置する捲回体が挙げられる。
図4に示す非水電解液二次電池の場合、発電素子10のy方向の第2側面10Bにおいて正極2は負極1より外側に位置する。そのため、第2部分302における金属層31と正極2との間の抵抗Rc2は、第2部分302における金属層31と負極1との間の抵抗Ra2より小さい。換言すると、第2側面10B側の第2部分302においてRc/Raが小さくなる。
これに対して第1部分301は、負極端子21及び正極端子22を備えるため、負極1及び正極2と金属層31との関係は対等である。そのため、第1部分301と比較して第2部分302の方が、Rc/Raを小さくしやすい。第2部分302における発電素子10と金属層31との間の抵抗を、第1部分301における発電素子10と金属層31との間の抵抗より小さくすると、金属層31の電位V31に対する第2部分302における発電素子10と金属層31との間の抵抗の影響が強まる。
外装体30の第1部分301の平均厚みt1が第2部分302の平均厚みt2より厚いと、第1部分301における発電素子10と金属層31との間の抵抗が、第2部分302における発電素子10と金属層31との間の抵抗より大きくなる。図4に示す非水電解液二次電池の場合、第2部分302は第1部分301と比較してRc/Raを小さくしやすい。すなわち、発電素子10をz方向から平面視した際のy方向における負極1の幅W1が正極2の幅W2より小さい場合(W1<W2、すなわちW1/W2<1)、外装体30の第1部分301の平均厚みt1を第2部分302の平均厚みt2より厚くすると(t2<t1、すなわちt1/t2>1)、Rc/Raを小さくでき、外装体30の金属層31の電位を貴に保つことができる。
また、非水電解液二次電池の形状保持の観点から、外装体30の第1部分301の平均厚みt1は、1.43×t2より薄いことが好ましい(t1<1.43×t2)。よって、負極1の幅W1が正極2の幅W2より小さい場合、第1部分301の平均厚みt1と第2部分302の平均厚みt2とが、t1>t2、且つt1<1.43×t2の関係を満たすのが好ましい。
第1部分301及び第2部分302の平均厚みt1、t2は、それぞれの領域内の任意の5点の厚みの平均値として求められる。
第1部分301における外装体30の厚みと金属層31の厚みとの比が、第2部分302における外装体30の厚みと金属層31の厚みとの比と等しい場合には、第1部分301における金属層31の厚みM1と、第2部分302における金属層31の厚みM2と、で代替できる。すなわち、第1部分301における金属層31の厚みM1と、第2部分302における金属層31の厚みM2との比M2/M1が所定の関係を満たせば、第1部分301の平均厚みt1と、第2部分302の平均厚みt2との比t1/t2が所定の関係を満たすといえる。なお、第1部分301における外装体30の厚みと金属層31の厚みとの比が、第2部分302における外装体30の厚みと金属層31の厚みとの比と等しい場合とは、一つのフィルムに凹部を形成して外装体30を作製した場合が該当する。
また負極端子21の少なくとも一部は、絶縁テープで覆うことが好ましい。負極端子21の一部を絶縁テープで覆うと、外装体30の金属層31と負極1との間の抵抗Raが大きくなる。すなわち、式(1)におけるRc/Raが小さくなり、外装体30の金属層31の電位V31は高くなる(貴になる)。
上述のように、本実施形態にかかる非水電解液二次電池によると、外装体30の金属層31の電位V31を高くできる。そのため、金属層31の腐食反応を抑制することができる。
[非水電解液二次電池の製造方法]
非水電解液二次電池100の製造方法は、外装体30の厚みを制御する点以外は、公知の方法で作製できる。以下、非水電解液二次電池100の製造方法の一例について具体的に説明する。
まず、負極1及び正極2を作製する。負極1と正極2とは、活物質となる物質が異なるだけであり、同様の製造方法で作製できる。
正極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電材を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド等を用いることができる。正極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で80wt%~90wt%:0.1wt%~10wt%:0.1wt%~10wt%であることが好ましい。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。
塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、正極集電体2Aに塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。負極についても、同様に負極集電体1A上に塗料を塗布する。
続いて、負極集電体1A及び正極集電体2A上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された負極集電体1A及び正極集電体2Aを、80℃~150℃の雰囲気下で乾燥させる。そして、負極1及び正極2が完成する。
発電素子10が積層体の場合は、負極1、正極2及びセパレータ3を積層する。また発電素子10が捲回体の場合は、負極1、正極2及びセパレータ3の一端側を軸として、これらを捲回する。いずれの場合でも、セパレータ3は、負極1と正極2との間に配設する。
次いで、外装体30を準備する。図5は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池の外装体の製造方法の一例を模式的に示した図である。まず樹脂層で金属層を挟んだ一様な外装フィルム35を準備する。外装フィルム35は市販のものを用いることができる。
次いで外装フィルム35の所定の位置を抑え冶具50で抑える。抑え冶具50による外装フィルム35の抑え強度は、図3及び図4におけるx方向とy方向とで変える。金型60を外装フィルム35に押し当て、外装フィルム35に凹部を形成する。外装フィルム35の抑え強度がx方向とy方向とで異なるため、外装フィルム35の伸びの程度はx方向とy方向とで異なる。抑え強度が強い方向は、外装フィルム35の伸びが大きく、外装フィルム35の厚みが薄くなりやすい。したがって、外装フィルム35を抑え冶具で抑える強度を調整することで、外装体30の第1部分301の平均厚みt1と第2部分302の平均厚みt2とを制御できる。
上記の手順を経ることで、各部分における厚みが制御された外装体30が作製される。そして、作製された凹部に発電素子を嵌め、発電素子10を外装体30に封入する。
非水電解液は外装体30内に注入してもよいし、発電素子10を非水電解液に含浸させてもよい。そして外装体30に熱等を加えて封止して、非水電解液二次電池100を作製する。
以上、本実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
「実施例1」
まず、アルミ箔からなる正極集電体の両面に、正極活物質層を塗工して正極を作製した。正極活物質層は、94質量部のLiCoO(活物質)と、2質量部のカーボン(導電材)と、4質量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF、バインダー)とを有する。
同様に、銅箔からなる負極集電体の両面に、負極活物質層を塗工して負極を作製した。負極活物質層は、95質量部の黒鉛(活物質)と、1質量部のカーボン(導電材)と、1.5質量部のスチレンブタジエンゴム(SBR、バインダー)と、2.5質量部のカルボキシメチルセルロース(CMC、バインダー)とを有する。
またポリエチレン微多孔膜の片面に、耐熱層を塗工してセパレータを作製した。耐熱層は、97質量部のアルミナ(耐熱フィラー)と、3質量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF、バインダー)とを有する。そして、正極、負極及びセパレータを積層し積層体を作製した。積層体における負極の枚数は14とし、正極の枚数は13とした。積層体の積層方向の両面において、負極は正極より外側に位置し、最外層は負極とした。積層体を平面視した際における負極のy方向の幅W1は、正極のy方向の幅W2より大きかった。
次いで、外装体としてアルミラミネートフィルムを準備した。アルミラミネートフィルムは、ポリプロピレン(PP)からなる内面樹脂層と、アルミニウムからなる金属層と、ナイロンからなる外面樹脂層と、の3層構造とした。アルミラミネートフィルムの総厚は、110μmであった。
次いで、x方向とy方向におけるアルミラミネートフィルムの抑え強度を変えて支持し、アルミラミネートフィルムに金型を押し当てた。金型によりアルミラミネートフィルムに凹部が形成された。
外装体内に積層体を収納し、非水電解液を注入し、非水電解液二次電池を作製した。非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比で35:35:30とした溶媒中に、リチウム塩として1.0M(mol/L)のLiPFが添加したものを用いた。
セルは同条件で2セル作製し、1セルは正極と外装体の金属層との間の電位差(IV)測定用に、もう1セルは外装体を取り出して、外装体の第1部分の平均厚みt1と第2部分の平均厚みt2の比t1/t2の測定に使用した。t1/t2を測定したところ、t1/t2=0.98の関係を満たした。
発電素子(積層体)と外装体の金属層とを入力抵抗1MΩのオシロスコープを、減衰比10:1のプローブを介して接続し、金属層の電位を測定した。金属層の電位は、プローブ接続直後にピークに達し、その後、指数関数的に減少する。そのときの金属層の初期のピーク電位IV0を測定した。また、1秒経過後の金属層の電位IV1の測定を、セル作製直後と、上限4.2Vの0.5CCC充電と下限2.8Vの0.5CCC放電を繰り返すサイクル試験を500回繰り返した後との双方で行った。IV0及びIV1は、プローブの減衰比に応じ、測定値に対して10を乗じた値とした。金属層の電位は、セル電圧を3.75Vに調整して、正極と外装体の金属層との間の電位差(IV)として測定した。
「実施例2及び実施例3」
実施例2及び実施例3は、アルミラミネートフィルムの抑え強度を変えた点が実施例1と異なる。その結果、実施例2における外装体の第1部分の平均厚みt1と第2部分の平均厚みt2との比はt1/t2=0.95であり、実施例3における外装体の第1部分の平均厚みt1と第2部分の平均厚みt2との比はt1/t2=0.90であった。その他の条件は実施例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。すなわち、発電素子を平面視した際における負極のy方向の幅W1は、正極のy方向の幅W2より大きかった。
「実施例4~実施例6」
実施例4~実施例6は、発電素子を捲回体にした点が実施例1と異なる。アルミラミネートフィルムの抑え強度は、実施例4は実施例1と同じであり、実施例5は実施例2と同じであり、実施例6は実施例3と同じである。捲回体は、負極、セパレータ、正極、セパレータの順で積層された積層体を、7周捲回して作製した。捲回体は、最外周がセパレータであり、負極が正極より外側に位置する構成とした。発電素子を平面視した際における負極のy方向の幅W1は、正極のy方向の幅W2より大きかった。その他の条件は実施例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「実施例7」
実施例7は最外周を負極にした点が、実施例4と異なる。発電素子を平面視した際における負極のy方向の幅W1は、正極のy方向の幅W2より大きかった。その他の条件は実施例4と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「実施例8~実施例10」
実施例8~実施例10は、正極が最外層に位置する構成とした捲回体を発電素子として用いた点が実施例4~実施例6と異なる。発電素子を平面視した際における負極のy方向の幅W1は、正極のy方向の幅W2より小さかった。その他の条件は実施例4~実施例6と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「実施例11」
実施例11は、負極端子を絶縁性の保護フィルム(絶縁テープ)で被覆した点が実施例10と異なる。その他の条件は実施例10と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「実施例12」
実施例12は、負極活物質層に、66.5質量部の黒鉛(活物質)と、28.5質量部の酸化シリコン(活物質)と、1質量部のカーボン(導電材)と、1.5質量部のスチレンブタジエンゴム(SBR、バインダー)と、2.5質量部のカルボキシメチルセルロース(CMC、バインダー)を用いた以外は、実施例1と同様に作製した。その他の条件は実施例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「実施例13」
実施例13は、負極活物質層に、88質量部の酸化シリコン(活物質)と、2質量部のカーボン(導電材)と、10質量部のポリアミドイミド(PAI、バインダー)を用い、完成した負極を、真空中、350℃で3時間熱処理した以外は、実施例1と同様に作製した。その他の条件は実施例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「実施例14」
実施例14は、負極活物質層に、金属リチウムを用いた以外は、実施例1と同様に作製した。その他の条件は実施例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「比較例1~比較例3」
比較例1~比較例3は、抑え冶具によるx方向とy方向の抑え強度を一定にして、t1とt2とを同じにした点が実施例1、実施例4、実施例8と異なる。その他の条件は実施例1、実施例4、実施例8と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「比較例4」
比較例4は、負極活物質層に、66.5質量部の黒鉛(活物質)と、28.5質量部の酸化シリコン(活物質)と、1質量部のカーボン(導電材)と、1.5質量部のスチレンブタジエンゴム(SBR、バインダー)と、2.5質量部のカルボキシメチルセルロース(CMC、バインダー)を用いた以外は、比較例1と同様に作製した。その他の条件は比較例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「比較例5」
比較例5は、負極活物質層に、88質量部の酸化シリコン(活物質)と、2質量部のカーボン(導電材)と、10質量部のポリアミドイミド(PAI、バインダー)を用い、完成した負極を、真空中、350℃で3時間熱処理した以外は、比較例1と同様に作製した。その他の条件は比較例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
「比較例6」
比較例6は、負極活物質層に、金属リチウムを用いた以外は、比較例1と同様に作製した。その他の条件は比較例1と同様にして、金属層の初期電位IV0及び電位IV1を測定した。
実施例1~14及び比較例1~6の結果を表1に示す。
Figure 0007276317000001
表1の結果から、比較例1~比較例6のいずれも、初期状態における正極と外装体の金属層との間の電位差(IV0)が大きかった。初期状態における正極と外装体の金属層との間の電位差が大きいということは、外装体の金属層と正極との間の抵抗Rcが大きいことを意味する。すなわち、金属層の電位が正極と比較して低くなっている。また、500サイクル後の正極と外装体の金属層との間の電位差(IV1)が大きくなっている。このことから、金属層の電位が低いため、充放電を繰り返すうちに内面樹脂層にわずかに生じたクラックから侵入した電解液と金属層が反応し、金属層が腐食を起こしているといえる。
これに対し、実施例1~実施例14のいずれも、初期電位IV0が、比較例1~比較例6のいずれの初期電位IV0よりも小さい。また、実施例1~実施例14のいずれも、セル作製直後の電位差(IV1)は、比較例1~6の電位差(IV1)とほぼ同じであるものの、500サイクル後の電位差(IV1)が、比較例1~比較例6のいずれの電位差(IV1)よりも小さい。このことから、実施例1~実施例14に示す外装体の金属層の電位が高いため、充放電を繰り返すうちに内面樹脂層にわずかに生じたクラックから侵入した電解液と金属層は反応せず、金属層に腐食が起きていないといえる。
1 負極
1A 負極集電体
1B 負極活物質層
2 正極
2A 正極集電体
2B 正極活物質層
3 セパレータ
10 発電素子
10A 第1側面
10B 第2側面
20 端子
21 負極端子
22 正極端子
30 外装体
30A 第1面
30B 第2面
31 金属層
32 内面樹脂層
33 外面樹脂層
35 外装フィルム
50 抑え冶具
60 金型
100 非水電解液二次電池
301 第1部分
302 第2部分
K 収容空間
t1、t2、M1、M2 平均厚み
W1、W2 幅

Claims (4)

  1. 正極端子を有する正極と、負極端子を有する負極と、前記正極と前記負極との間に位置するセパレータと、を備える発電素子と、
    前記発電素子を被覆し、金属層と前記金属層の両面を被覆する樹脂層とを有する外装体とを備え、
    前記発電素子の前記正極端子及び前記負極端子が存在する第1側面を被覆する前記外装体の第1部分の平均厚みt1と、前記発電素子の前記第1側面と交差する位置にある第2側面を被覆する前記外装体の第2部分の平均厚みt2と、が異なり、
    前記発電素子を積層方向から平面視した際に、前記正極端子及び前記負極端子が延びる第1方向と直交する第2方向において、前記負極の幅が前記正極の幅より大きい場合は、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とがt1<t2の関係を満たし、
    前記発電素子を積層方向から平面視した際に、前記第2方向において、前記負極の幅が前記正極の幅より小さい場合は、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とがt1>t2の関係を満たし、
    前記正極端子と前記外装体の前記金属層との間に挟まれる内面樹脂層は、前記負極端子と前記外装体の前記金属層との間に挟まれる内面樹脂層と、同じ材料からなり、
    前記正極端子と前記外装体の前記金属層との間に挟まれる内面樹脂層の厚さは、前記負極端子と前記外装体の前記金属層との間に挟まれる内面樹脂層の厚み以下である、非水電解液二次電池。
  2. 前記負極の幅が前記正極の幅より大きい場合、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とが、t1<t2、且つ0.70×t2<t1の関係を満たす、請求項1に記載の非水電解液二次電池。
  3. 前記負極の幅が前記正極の幅より小さい場合、前記第1部分の平均厚みt1と前記第2部分の平均厚みt2とが、t1>t2、且つt1<1.43×t2の関係を満たす、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池。
  4. 前記負極端子の少なくとも一部が絶縁テープで覆われている、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池。
JP2020507956A 2018-03-23 2019-03-22 非水電解液二次電池 Active JP7276317B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018056886 2018-03-23
JP2018056886 2018-03-23
PCT/JP2019/012262 WO2019182151A1 (ja) 2018-03-23 2019-03-22 非水電解液二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019182151A1 JPWO2019182151A1 (ja) 2021-03-11
JP7276317B2 true JP7276317B2 (ja) 2023-05-18

Family

ID=67987344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020507956A Active JP7276317B2 (ja) 2018-03-23 2019-03-22 非水電解液二次電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11646466B2 (ja)
JP (1) JP7276317B2 (ja)
CN (1) CN111213277B (ja)
WO (1) WO2019182151A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111525190B (zh) * 2020-04-29 2021-03-09 远景睿泰动力技术(上海)有限公司 电解液及锂离子电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002260603A (ja) 2001-03-02 2002-09-13 Asahi Kasei Corp ラミネート外装密閉電池
JP2006049219A (ja) 2004-08-06 2006-02-16 Nissan Motor Co Ltd 二次電池用外装部材及び二次電池
JP2007018881A (ja) 2005-07-07 2007-01-25 Toshiba Corp 非水電解質電池及び電池パック
JP2007234545A (ja) 2006-03-03 2007-09-13 Toshiba Corp 非水電解質電池および電池パック
JP2009245879A (ja) 2008-03-31 2009-10-22 Sanyo Electric Co Ltd ラミネート式電池及びそのラミネート式電池を備えた電池モジュール

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7297441B2 (en) * 1998-10-23 2007-11-20 Sony Corporation Nonaqueous-electrolyte secondary battery
JP2000353502A (ja) 1999-06-11 2000-12-19 Gs-Melcotec Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2003132868A (ja) * 2001-10-25 2003-05-09 Mitsubishi Cable Ind Ltd シート状電池
JP4776336B2 (ja) * 2005-10-27 2011-09-21 三洋電機株式会社 フィルム状外装体を備えた電池
KR101223729B1 (ko) * 2010-12-16 2013-01-17 삼성에스디아이 주식회사 전지용 케이스, 이를 구비한 이차 전지 및 상기 이차전지 제조방법
JP6250921B2 (ja) * 2012-09-14 2017-12-20 株式会社東芝 電池
KR20140123007A (ko) * 2013-04-11 2014-10-21 주식회사 엘지화학 라운드 코너를 포함하는 전지셀
KR102082870B1 (ko) * 2013-09-02 2020-02-28 삼성에스디아이 주식회사 전자기기용 배터리 셀
EP3131134B1 (en) * 2014-04-09 2019-03-27 Toppan Printing Co., Ltd. Outer casing material for electricity storage devices, electricity storage device and method for producing embossed outer casing material
CN106716672B (zh) 2014-09-26 2019-11-26 大日本印刷株式会社 电池用包装材料
JP6874471B2 (ja) * 2017-03-30 2021-05-19 Tdk株式会社 非水電解質二次電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002260603A (ja) 2001-03-02 2002-09-13 Asahi Kasei Corp ラミネート外装密閉電池
JP2006049219A (ja) 2004-08-06 2006-02-16 Nissan Motor Co Ltd 二次電池用外装部材及び二次電池
JP2007018881A (ja) 2005-07-07 2007-01-25 Toshiba Corp 非水電解質電池及び電池パック
JP2007234545A (ja) 2006-03-03 2007-09-13 Toshiba Corp 非水電解質電池および電池パック
JP2009245879A (ja) 2008-03-31 2009-10-22 Sanyo Electric Co Ltd ラミネート式電池及びそのラミネート式電池を備えた電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019182151A1 (ja) 2019-09-26
US11646466B2 (en) 2023-05-09
JPWO2019182151A1 (ja) 2021-03-11
US20200235350A1 (en) 2020-07-23
CN111213277A (zh) 2020-05-29
CN111213277B (zh) 2023-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017038041A1 (ja) 非水電解質二次電池
JP5446612B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2008262832A (ja) 非水電解質二次電池
US10276868B2 (en) Non-aqueous electrolyte rechargeable battery
JP2012009209A (ja) リチウムイオン二次電池用負極
WO2016051645A1 (ja) フレキシブル電池
US20150263334A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6874472B2 (ja) リチウムイオン二次電池
US8192875B2 (en) Method of manufacturing lithium-ion secondary battery, electrolytic solution, and lithium-ion secondary battery
JP2019164964A (ja) リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池
JP2019164965A (ja) リチウムイオン二次電池
JP2016072015A (ja) フレキシブル電池
JP7276317B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP7003775B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP7136190B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP5674357B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP7020167B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP6102442B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2012146551A (ja) 非水電解質電池モジュール
US20210296645A1 (en) Nonaqueous electrolyte energy storage device and energy storage apparatus
JP6701510B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP7471992B2 (ja) 非水電解質二次電池
WO2019151517A1 (ja) 非水電解液二次電池
US20220384794A1 (en) Lithium ion secondary battery
JP2023134263A (ja) 負極活物質、負極及びリチウムイオン二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211029

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221108

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221215

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: 20230404

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230417

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7276317

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150