JP7303084B2 - lithium ion battery - Google Patents

lithium ion battery Download PDF

Info

Publication number
JP7303084B2
JP7303084B2 JP2019181387A JP2019181387A JP7303084B2 JP 7303084 B2 JP7303084 B2 JP 7303084B2 JP 2019181387 A JP2019181387 A JP 2019181387A JP 2019181387 A JP2019181387 A JP 2019181387A JP 7303084 B2 JP7303084 B2 JP 7303084B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
separator
sample
unit cells
positive electrode
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
JP2019181387A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021057290A (en
Inventor
広幸 中野
嘉也 牧村
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.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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 Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2019181387A priority Critical patent/JP7303084B2/en
Publication of JP2021057290A publication Critical patent/JP2021057290A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7303084B2 publication Critical patent/JP7303084B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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

Description

本開示は、リチウムイオン電池に関する。 The present disclosure relates to lithium ion batteries.

特開2018-152230号公報(特許文献1)は、三次元電極構造を開示している。 Japanese Patent Laying-Open No. 2018-152230 (Patent Document 1) discloses a three-dimensional electrode structure.

特開2018-152230号公報JP 2018-152230 A

図1は、従来の二次元電極構造を示す概念図である。
従来、リチウムイオン電池(以下「電池」と略記され得る)は、二次元電極構造を有している。二次元電極構造において、正極210および負極220の各々は、シート状である。正極210と負極220との間には、セパレータ230が配置されている。正極210、負極220およびセパレータ230は、単位セル200を構成する。単位セル200も、シート状になり得る。例えば、帯状の単位セル200が渦巻き状に巻回されることもある。例えば、複数枚の単位セル200が、積層されることもある。単位セル200において、正極210と負極220とは、平面的に隣接している。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a conventional two-dimensional electrode structure.
Conventionally, lithium-ion batteries (which may be abbreviated as "batteries" hereinafter) have a two-dimensional electrode structure. In the two-dimensional electrode structure, each of positive electrode 210 and negative electrode 220 is sheet-like. A separator 230 is arranged between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 . A positive electrode 210 , a negative electrode 220 and a separator 230 constitute a unit cell 200 . The unit cell 200 can also be sheet-like. For example, the strip-shaped unit cell 200 may be spirally wound. For example, multiple unit cells 200 may be stacked. In the unit cell 200, the positive electrode 210 and the negative electrode 220 are planarly adjacent to each other.

二次元電極構造における課題の一つとして、容量と出力とがトレードオフであることが挙げられる。例えば、二次元電極構造において、容量を高めるためには、容量に寄与する構成(正極210および負極220)を厚くすることが求められる。他方、容量に寄与しない構成(例えば、セパレータ230、集電箔等)は、相対的に薄くすることが求められる。その結果、電極の厚さ方向におけるイオン伝導が、充放電反応の律速段階となり得る。充放電反応の律速段階がイオン伝導になると、出力が低下する可能性がある。 One of the problems in the two-dimensional electrode structure is the trade-off between capacity and output. For example, in a two-dimensional electrode structure, in order to increase the capacity, it is required to increase the thickness of the components (the positive electrode 210 and the negative electrode 220) that contribute to the capacity. On the other hand, components that do not contribute to capacity (for example, separator 230, collector foil, etc.) are required to be relatively thin. As a result, ion conduction in the thickness direction of the electrode can be the rate-determining step of the charge-discharge reaction. If the rate-determining step of the charge-discharge reaction becomes ionic conduction, the output may decrease.

二次元電極構造における課題を克服するため、種々の三次元電極構造が提案されている。三次元電極構造とは、正極と負極とが立体的に隣接する電極構造を示す。正極と負極とが立体的に隣接することにより、単位体積当たりの電極対向面積(反応面積)が大きくなり得る。そのため、容量と出力とのトレードオフが解消されることが期待される。 Various three-dimensional electrode structures have been proposed to overcome the challenges in two-dimensional electrode structures. A three-dimensional electrode structure indicates an electrode structure in which a positive electrode and a negative electrode are three-dimensionally adjacent to each other. By sterically adjoining the positive electrode and the negative electrode, the electrode facing area (reaction area) per unit volume can be increased. Therefore, it is expected that the trade-off between capacity and output will be resolved.

図2は、本開示の三次元電極構造を示す概念図である。
例えば、ロッド状の単位セル100により、三次元電極構造を形成することが考えられる。単位セル100における構造の基礎(芯)は、金属ワイヤ101である。金属ワイヤ101の表面に、負極120、セパレータ130および正極110が積層されている。複数本の単位セル100が結束されることにより、三次元電極構造が形成され得る。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the three-dimensional electrode structure of the present disclosure.
For example, it is conceivable to form a three-dimensional electrode structure with rod-shaped unit cells 100 . The structural basis (core) in the unit cell 100 is the metal wire 101 . A negative electrode 120 , a separator 130 and a positive electrode 110 are laminated on the surface of the metal wire 101 . A three-dimensional electrode structure can be formed by bundling a plurality of unit cells 100 .

ただし、三次元電極構造においては、電極の膨張および収縮による応力(ストレス)が蓄積しやすいと考えられる。電極は、充放電に伴って膨張および収縮する。二次元電極構造においては、電極の厚さ方向(図1のz軸方向)に、応力が逃がされ得る。他方、三次元電極構造においては、電極の全周が束縛されているため、応力の逃げ場が少ないと考えられる。そのため、充放電の繰り返しにより、構造内に応力が蓄積し得る。応力の蓄積により、三次元電極構造に歪みが生じ、抵抗が増加する可能性がある。 However, in the three-dimensional electrode structure, stress due to expansion and contraction of the electrodes is likely to accumulate. The electrode expands and contracts with charging and discharging. In a two-dimensional electrode structure, stress can be relieved in the thickness direction of the electrode (the z-axis direction in FIG. 1). On the other hand, in the three-dimensional electrode structure, since the entire periphery of the electrode is constrained, it is considered that there is little escape of stress. Therefore, repeated charging and discharging can accumulate stress in the structure. Stress build-up can strain the three-dimensional electrode structure and increase resistance.

本開示の目的は、三次元電極構造を有する電池において、充放電の繰り返しに伴う、抵抗増加を低減することである。 An object of the present disclosure is to reduce the increase in resistance associated with repeated charging and discharging in a battery having a three-dimensional electrode structure.

以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし、本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により、特許請求の範囲が限定されるべきではない。 The technical configuration and effects of the present disclosure will be described below. However, the mechanism of action of this disclosure includes speculation. The correctness of the mechanism of action should not limit the scope of the claims.

リチウムイオン電池は、複数本の単位セルを含む。複数本の単位セルの各々は、ロッド状である。複数本の単位セルは、結束されている。複数本の単位セルの各々は、互いに平行に配置されている。複数本の単位セルの各々は、金属ワイヤと、負極と、セパレータと、正極とを含む。負極は、金属ワイヤの表面を被覆している。セパレータは、負極の表面を被覆している。正極は、セパレータの表面を被覆している。負極は、チタン酸化物を含む。 A lithium ion battery includes a plurality of unit cells. Each of the plurality of unit cells is rod-shaped. A plurality of unit cells are bound together. Each of the plurality of unit cells are arranged parallel to each other. Each of the multiple unit cells includes a metal wire, a negative electrode, a separator, and a positive electrode. The negative electrode covers the surface of the metal wire. The separator covers the surface of the negative electrode. The positive electrode covers the surface of the separator. The negative electrode contains titanium oxide.

本開示における電池は、三次元電極構造を有する。チタン酸化物は、負極活物質として機能する。チタン酸化物は、充放電に伴う体積変化が小さい傾向がある。負極がチタン酸化物を含むことにより、電極の体積変化による応力が低減することが期待される。さらに、負極とセパレータとの密着性が向上することも期待される。 A battery in the present disclosure has a three-dimensional electrode structure. Titanium oxide functions as a negative electrode active material. Titanium oxide tends to undergo a small change in volume during charging and discharging. When the negative electrode contains titanium oxide, it is expected that the stress due to the volume change of the electrode is reduced. Furthermore, it is also expected that the adhesion between the negative electrode and the separator is improved.

充放電により、チタン酸化物の少なくとも一部は、還元状態になる。還元状態のチタン酸化物は、電子伝導性を示す。還元状態のチタン酸化物は、Ti4+とTi3+とを含み得る。Ti3+により、金属ワイヤと負極との密着性が向上することが期待される。 At least part of the titanium oxide is reduced by charging and discharging. Titanium oxide in its reduced state exhibits electronic conductivity. Titanium oxides in a reduced state may include Ti 4+ and Ti 3+ . Ti 3+ is expected to improve the adhesion between the metal wire and the negative electrode.

金属ワイヤは、負極集電体として機能する。本開示の三次元電極構造における金属ワイヤは、二次元電極構造における金属箔に相当する。負極は、金属ワイヤを被覆している。金属ワイヤ中、電子は、実質的に一次元方向に移動すると考えられる。電子の移動が一次元方向であることにより、充放電反応のムラが低減することが期待される。 A metal wire functions as a negative electrode current collector. A metal wire in the three-dimensional electrode structure of the present disclosure corresponds to a metal foil in a two-dimensional electrode structure. The negative electrode covers the metal wire. Electrons are believed to move in a substantially one-dimensional direction in a metal wire. Since electrons move in one-dimensional direction, it is expected that unevenness in charge/discharge reaction is reduced.

以上の作用の相乗により、三次元電極構造を有する電池において、充放電の繰り返しに伴う、抵抗増加が低減することが期待される。 Due to the synergy of the above actions, it is expected that the increase in resistance accompanying repeated charging and discharging will be reduced in a battery having a three-dimensional electrode structure.

図1は、従来の二次元電極構造を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a conventional two-dimensional electrode structure. 図2は、本開示の三次元電極構造を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the three-dimensional electrode structure of the present disclosure. 図3は、図2のxy平面に平行な断面図である。3 is a cross-sectional view parallel to the xy plane of FIG. 2. FIG. 図4は、単位セルの構成を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration of a unit cell.

以下、本開示の実施形態(本明細書においては「本実施形態」とも記される)が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。 Embodiments of the present disclosure (also referred to herein as “present embodiments”) are described below. However, the following description does not limit the scope of the claims.

<リチウムイオン電池>
本実施形態の「リチウムイオン電池」は、電極間を行き来するキャリア(電荷担体)が、リチウム(Li)イオンである二次電池を示す。
<Lithium-ion battery>
A “lithium ion battery” of the present embodiment indicates a secondary battery in which lithium (Li) ions are used as carriers (charge carriers) that move between electrodes.

本実施形態の電池は、任意の用途に適用され得る。電池は、例えば、モバイル端末、ポータブル機器、定置型電力貯蔵装置、電気自動車、ハイブリッド自動車等において使用されてもよい。 The battery of this embodiment can be applied to any application. Batteries may be used, for example, in mobile terminals, portable devices, stationary power storage devices, electric vehicles, hybrid vehicles, and the like.

本実施形態の電池は、任意の形状を有し得る。電池は、例えば、コイン形、ボタン形、シート形(ペーパー形)、ピン形、ガム形、パウチ形、円筒形、角形等であってもよい。 The battery of this embodiment can have any shape. The battery may be, for example, coin-shaped, button-shaped, sheet-shaped (paper-shaped), pin-shaped, gum-shaped, pouch-shaped, cylindrical, rectangular, or the like.

電池は、任意の容量およびサイズを有し得る。電池は、例えば、ポータブル機器用の小型電池であってもよい。電池は、例えば、自動車用の大型電池であってもよい。 Batteries can have any capacity and size. The battery may be, for example, a miniature battery for portable equipment. The battery may be, for example, a large battery for automobiles.

《単位セル》
図2に示されるように、本実施形態における電池は、複数本の単位セル100を含む。複数本の単位セル100は、例えば、所定のケース(不図示)に収納されていてもよい。複数本の単位セル100と共に、電解液がケースに収納されていてもよい。ケースは、例えば、金属製の容器、アルミニウム(Al)ラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。
《Unit cell》
As shown in FIG. 2, the battery in this embodiment includes a plurality of unit cells 100. As shown in FIG. A plurality of unit cells 100 may be housed in a predetermined case (not shown), for example. An electrolytic solution may be contained in the case together with the plurality of unit cells 100 . The case may be, for example, a container made of metal, a pouch made of aluminum (Al) laminated film, or the like.

複数本の単位セル100は、結束されている。本実施形態における「結束」は、束状に一つにまとめられていることを示す。複数本の単位セル100は、結束により一体不可分の構成になっていてもよい。 A plurality of unit cells 100 are bound together. "Binding" in the present embodiment indicates that the objects are bundled together. A plurality of unit cells 100 may be integrally and inseparably configured by binding.

単位セル100の各々は、ロッド状である。本実施形態における「ロッド状」は、所定の一方向に延びる形状であり、直径に対する長さの比が2以上である形状を示す。 Each unit cell 100 is rod-shaped. The “rod-like” in this embodiment means a shape extending in one predetermined direction and having a length to diameter ratio of 2 or more.

複数本の単位セル100の各々は、互いに平行に配置されている。本実施形態における「平行」は、幾何学的に完全な平行のみを示すものではない。本実施形態における平行は、実質的に平行とみなされる関係も含む。 Each of the plurality of unit cells 100 are arranged parallel to each other. "Parallel" in this embodiment does not mean only geometrically perfect parallelism. Parallel in this embodiment also includes a relationship considered to be substantially parallel.

図3は、図2のxy平面に平行な断面図である。
図3に示される断面は、単位セル100の軸方向(z軸方向)に直交する断面である。本実施形態において、単位セル100は、例えば、六角形状の断面を有していてもよい。例えば、等方圧加圧法により、複数本の単位セル100が圧縮されることにより、単位セル100の各々は、六角形状の断面を有するように、充填され得る。単位セル100の断面が六角形状であることにより、単位セル100の充填密度が高くなることが期待される。充填密度が高くなることにより、容量および出力の向上が期待される。ただし、六角形状は一例である。単位セル100の断面は、任意の形状を有し得る。単位セル100の断面は、例えば、円形状であってもよいし、四角形状であってもよい。
3 is a cross-sectional view parallel to the xy plane of FIG. 2. FIG.
The cross section shown in FIG. 3 is a cross section perpendicular to the axial direction (z-axis direction) of the unit cell 100 . In this embodiment, the unit cell 100 may have, for example, a hexagonal cross section. For example, by compressing the plurality of unit cells 100 by isostatic pressing, each of the unit cells 100 can be filled to have a hexagonal cross section. The hexagonal cross section of the unit cell 100 is expected to increase the packing density of the unit cell 100 . Higher packing densities are expected to improve capacity and output. However, the hexagonal shape is an example. A cross-section of the unit cell 100 can have any shape. The cross section of the unit cell 100 may be, for example, circular or rectangular.

図4は、単位セルの構成を示す概念図である。
複数本の単位セル100の各々は、金属ワイヤ101と、負極120と、セパレータ130と、正極110とを含んでいる。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration of a unit cell.
Each of the multiple unit cells 100 includes a metal wire 101 , a negative electrode 120 , a separator 130 and a positive electrode 110 .

《金属ワイヤ》
金属ワイヤ101は、単位セル100における構造の基礎である。金属ワイヤ101の表面に、負極120、セパレータ130および正極110が、この順序で形成される。金属ワイヤ101は、例えば、20μmから100μmの直径を有していてもよい。金属ワイヤ101は、例えば、20μmから50μmの直径を有していてもよい。金属ワイヤ101が50μm以下の直径を有することにより、抵抗増加の低減が期待される。
《Metal wire》
Metal wire 101 is the basis of the structure in unit cell 100 . A negative electrode 120 , a separator 130 and a positive electrode 110 are formed in this order on the surface of the metal wire 101 . Metal wire 101 may have a diameter of, for example, 20 μm to 100 μm. Metal wire 101 may, for example, have a diameter of 20 μm to 50 μm. A reduction in increase in resistance is expected when the metal wire 101 has a diameter of 50 μm or less.

金属ワイヤ101は、電子導電性を示す。金属ワイヤ101は、負極集電体として機能する。金属ワイヤ101は、金属を含む。金属ワイヤ101は、実質的に金属のみからなっていてもよい。金属ワイヤ101は、1種の金属を単独で含んでいてもよい。金属ワイヤ101は、例えば、銅(Cu)ワイヤ、Alワイヤ等であってもよい。金属ワイヤ101がAlワイヤであることにより、抵抗増加の低減が期待される。 Metal wire 101 exhibits electronic conductivity. Metal wire 101 functions as a negative electrode current collector. The metal wire 101 contains metal. The metal wire 101 may consist essentially of metal. Metal wire 101 may contain one kind of metal alone. The metal wire 101 may be, for example, copper (Cu) wire, Al wire, or the like. Since the metal wire 101 is an Al wire, it is expected that the increase in resistance will be reduced.

金属ワイヤ101は、2種以上の金属を含んでいてもよい。例えば、金属ワイヤ101は、芯鞘構造を有していてもよい。芯部と鞘部とが、互いに異なる金属を含んでいてもよい。金属ワイヤ101は、例えば、CuとAlとからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 Metal wire 101 may contain two or more metals. For example, the metal wire 101 may have a core-sheath structure. The core and the sheath may contain different metals. Metal wire 101 may contain, for example, at least one selected from the group consisting of Cu and Al.

《負極》
負極120は、金属ワイヤ101の表面を被覆している。図2のz軸方向の一端において、負極120は、負極集電部材152に電気的に接続されている。負極集電部材152は、負極端子(不図示)に電気的に接続されている。負極集電部材152は、例えば、多孔質金属シート、金属薄板等であってもよい。
《Negative electrode》
The negative electrode 120 covers the surface of the metal wire 101 . At one end in the z-axis direction in FIG. 2, the negative electrode 120 is electrically connected to the negative electrode collector 152 . The negative collector member 152 is electrically connected to a negative terminal (not shown). The negative electrode current collecting member 152 may be, for example, a porous metal sheet, a thin metal plate, or the like.

負極120は、筒状である。負極120の内径は、金属ワイヤ101の直径と実質的に等しくてもよい。負極120は、例えば、100μmから300μmの外径を有していてもよい。負極120は、例えば、100μmから200μmの外径を有していてもよい。負極120は、例えば、200μmから300μmの外径を有していてもよい。 The negative electrode 120 is cylindrical. The inner diameter of negative electrode 120 may be substantially equal to the diameter of metal wire 101 . The negative electrode 120 may have an outer diameter of, for example, 100 μm to 300 μm. The negative electrode 120 may have an outer diameter of, for example, 100 μm to 200 μm. The negative electrode 120 may have an outer diameter of, for example, 200 μm to 300 μm.

負極120は、負極活物質を含む。負極120は、実質的に負極活物質のみからなっていてもよい。負極120は、負極活物質に加えて、例えば、導電材およびバインダ等をさらに含んでいてもよい。負極120は、例えば、0.1質量%から10質量%の導電材と、0.1質量%から10質量%のバインダと、それらの残部を占める負極活物質とからなっていてもよい。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック等を含んでいてもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を含んでいてもよい。 Negative electrode 120 includes a negative electrode active material. The negative electrode 120 may consist essentially of the negative electrode active material. The negative electrode 120 may further contain, for example, a conductive material, a binder, etc. in addition to the negative electrode active material. The negative electrode 120 may be composed of, for example, 0.1% to 10% by mass of a conductive material, 0.1% to 10% by mass of a binder, and the balance of the negative electrode active material. The conductive material can contain any component. The conductive material may contain, for example, carbon black. The binder can contain optional ingredients. The binder may contain, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF).

負極活物質は、チタン酸化物を含む。すなわち、負極120がチタン酸化物を含む。負極活物質は、実質的にチタン酸化物のみからなっていてもよい。 The negative electrode active material contains titanium oxide. That is, the negative electrode 120 contains titanium oxide. The negative electrode active material may consist essentially of titanium oxide.

本実施形態における「チタン酸化物」は、チタン(Ti)と酸素(O)とを少なくとも含む化合物を示す。チタン酸化物は、例えば、酸化チタン(TiO2)であってもよい。酸化チタンは、任意の結晶構造を有し得る。酸化チタンは、例えば、アナターゼ型構造、ルチル型構造等を有していてもよい。 "Titanium oxide" in the present embodiment indicates a compound containing at least titanium (Ti) and oxygen (O). Titanium oxide may be, for example, titanium oxide (TiO 2 ). Titanium oxide can have any crystal structure. Titanium oxide may have, for example, an anatase structure, a rutile structure, or the like.

チタン酸化物は、例えば、TiおよびOに加えて、Li等をさらに含んでいてもよい。すなわち、チタン酸化物は、リチウムチタン複合酸化物等であってもよい。リチウムチタン複合酸化物は、任意の結晶構造を有し得る。リチウムチタン複合酸化物は、例えば、ラムズデライト型構造、スピネル型構造等を有していてもよい。スピネル型構造のリチウムチタン複合酸化物は、充放電に伴う体積変化(格子定数の変化)が小さい傾向がある。スピネル型構造のリチウムチタン複合酸化物が使用されることにより、抵抗増加の低減が期待される。 Titanium oxide may further contain Li and the like in addition to Ti and O, for example. That is, the titanium oxide may be a lithium-titanium composite oxide or the like. A lithium-titanium composite oxide can have any crystal structure. The lithium-titanium composite oxide may have, for example, a ramsdellite structure, a spinel structure, or the like. Lithium-titanium composite oxides with a spinel structure tend to undergo a small volume change (change in lattice constant) during charging and discharging. The use of the lithium-titanium composite oxide with a spinel structure is expected to reduce the increase in resistance.

リチウムチタン複合酸化物は、例えば、下記式(1):
Li4+xTi512 … (1)
によって表されてもよい。式(1)中のxは、-1≦x≦3の関係を満たしている。
Lithium-titanium composite oxide, for example, the following formula (1):
Li4 +xTi5O12 ( 1 )
may be represented by x in formula (1) satisfies the relationship of -1≤x≤3.

上記式(1)により表されるLi4+xTi512は、スピネル型構造を有する。ある実施形態において、Li4+xTi512は、充放電に伴う格子定数の変化が無視できる程度に小さい。リチウムチタン複合酸化物において、Li、Tiの一部が他の元素によって置換されていてもよい。他の元素(置換元素)は、例えば、Al、マグネシウム(Mg)等であってもよい。部分的な置換により、充放電に伴う格子定数の変化が小さくなることもあり得る。 Li 4+x Ti 5 O 12 represented by the above formula (1) has a spinel structure. In one embodiment, Li 4+x Ti 5 O 12 has a negligible change in lattice constant with charging and discharging. Lithium-titanium composite oxide WHEREIN: A part of Li and Ti may be substituted by the other element. Other elements (substitution elements) may be, for example, Al, magnesium (Mg), and the like. Partial replacement may reduce the change in lattice constant due to charging and discharging.

負極活物質は、例えば、TiO2(アナターゼ型構造)、TiO2(ルチル型構造)、Li2Ti37(ラムズデライト型構造)、および、Li4Ti512(スピネル型構造)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The negative electrode active material includes, for example, TiO 2 (anatase structure), TiO 2 (rutile structure), Li 2 Ti 3 O 7 (ramsdellite structure), and Li 4 Ti 5 O 12 (spinel structure). It may contain at least one selected from the group consisting of:

《セパレータ》
セパレータ130は、負極120の表面を被覆している。セパレータ130は、負極120から正極110を隔離している。セパレータ130は、電子伝導性を有しない。
《Separator》
A separator 130 covers the surface of the negative electrode 120 . A separator 130 separates the positive electrode 110 from the negative electrode 120 . Separator 130 does not have electronic conductivity.

セパレータ130は、筒状である。セパレータ130は、例えば、5μmから30μmの厚さを有していてもよい。セパレータ130の厚さは、セパレータ130の外径と、セパレータ130の内径との差を示す。セパレータ130は、例えば、5μmから20μmの厚さを有していてもよい。セパレータ130は、例えば、12μmから20μmの厚さを有していてもよい。 Separator 130 is cylindrical. Separator 130 may have a thickness of, for example, 5 μm to 30 μm. The thickness of separator 130 indicates the difference between the outer diameter of separator 130 and the inner diameter of separator 130 . Separator 130 may have a thickness of, for example, 5 μm to 20 μm. Separator 130 may have a thickness of, for example, 12 μm to 20 μm.

セパレータ130は、例えば、粒子集積体を含んでいてもよい。粒子集積体は、例えば、絶縁性粒子、バインダ等を含んでいてもよい。絶縁性粒子は、例えば、アルミナ、ポリエチレン等であってもよい。 Separator 130 may include, for example, particle aggregates. The particle aggregates may contain, for example, insulating particles, binders, and the like. The insulating particles may be, for example, alumina, polyethylene, and the like.

セパレータ130は、電解液により膨潤するポリマーを含んでいてもよい。すなわち、セパレータ130と、電解液とが、ゲルポリマー電解質を形成してもよい。ゲルポリマー電解質は、柔軟であり得る。ゲルポリマー電解質は、応力を吸収し、応力を分散させることが期待される。 The separator 130 may contain a polymer that swells with the electrolyte. That is, the separator 130 and the electrolyte may form a gel polymer electrolyte. Gel polymer electrolytes can be flexible. Gel polymer electrolytes are expected to absorb and distribute stress.

電解液により膨潤するポリマーとしては、例えば、フッ化ビニリデン(VdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)とのコポリマー等が考えられる。VdFとHFPとのコポリマーは、「PVdF-HFP」とも記される。すなわち、セパレータ130は、PVdF-HFPを含んでいてもよい。 As the polymer that swells with the electrolytic solution, for example, a copolymer of vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP) can be considered. A copolymer of VdF and HFP is also denoted as "PVdF-HFP". That is, the separator 130 may contain PVdF-HFP.

《電解液》
電解液(不図示)は、複数本の単位セル100の各々に含浸されている。電解液は、Liイオンを含む限り、任意の成分を含み得る。電解液は、例えば、支持塩および溶媒等を含んでいてもよい。支持塩は、例えば、LiPF6等を含んでいてもよい。溶媒は、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等を含んでいてもよい。電解液は、各種の添加剤(例えば被膜形成剤等)をさらに含んでいてもよい。
《Electrolyte》
Each of the plurality of unit cells 100 is impregnated with an electrolytic solution (not shown). The electrolyte may contain any component as long as it contains Li ions. The electrolytic solution may contain, for example, a supporting salt, a solvent, and the like. The supporting salt may contain, for example, LiPF 6 or the like. Solvents may include, for example, ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), and the like. The electrolytic solution may further contain various additives (for example, film-forming agents, etc.).

《正極》
正極110は、セパレータ130の表面を被覆している。図2のz軸方向の一端において、正極110は、正極集電部材151に電気的に接続されている。正極集電部材151は、正極端子(不図示)に電気的に接続されている。正極集電部材151は、例えば、多孔質金属シート、金属薄板等であってもよい。
《Positive electrode》
The positive electrode 110 covers the surface of the separator 130 . At one end in the z-axis direction in FIG. 2 , the positive electrode 110 is electrically connected to a positive current collector 151 . The positive collector member 151 is electrically connected to a positive terminal (not shown). The positive electrode current collecting member 151 may be, for example, a porous metal sheet, a thin metal plate, or the like.

正極110は、セパレータ130を介して負極120と対向している。ある一つの単位セル100に含まれる正極110は、隣接する他の単位セル100に含まれる正極110と、一体になっていてもよい。 The positive electrode 110 faces the negative electrode 120 with the separator 130 interposed therebetween. The positive electrode 110 included in one unit cell 100 may be integrated with the positive electrode 110 included in another adjacent unit cell 100 .

正極110は、正極活物質を含む。正極110は、実質的に正極活物質のみからなっていてもよい。正極110は、正極活物質に加えて、例えば、導電材およびバインダ等をさらに含んでいてもよい。正極110は、例えば、0.1質量%から10質量%の導電材と、0.1質量%から10質量%のバインダと、それらの残部を占める正極活物質とからなっていてもよい。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック等を含んでいてもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、PVdF等を含んでいてもよい。 The positive electrode 110 includes a positive electrode active material. The positive electrode 110 may consist essentially of the positive electrode active material. The positive electrode 110 may further contain, for example, a conductive material, a binder, etc. in addition to the positive electrode active material. The positive electrode 110 may be composed of, for example, 0.1% to 10% by mass of a conductive material, 0.1% to 10% by mass of a binder, and the balance of the positive electrode active material. The conductive material can contain any component. The conductive material may contain, for example, carbon black. The binder can contain optional ingredients. The binder may include, for example, PVdF or the like.

正極活物質は、任意の成分を含み得る。正極活物質は、例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、および、リン酸鉄リチウムからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The positive electrode active material can contain any component. The positive electrode active material is, for example, a group consisting of lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide, lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide, lithium-manganese composite oxide, lithium-cobalt composite oxide, lithium-nickel composite oxide, and lithium iron phosphate. At least one more selected may be included.

リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、例えば、下記式(2):
Li1+zNi1-x-yCoxMny2 … (2)
により表されてもよい。式(2)中のx、yおよびzは、0<z<0.10、0<x≦0.3、0<y<0.5、1-x>2yの関係を満たしている。
Lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide, for example, the following formula (2):
Li1 +zNi1 - xyCoxMnyO2 ( 2 )
may be represented by x, y and z in formula (2) satisfy the relationships 0<z<0.10, 0<x≦0.3, 0<y<0.5, 1−x>2y.

リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、例えば、Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.32、Li1.05Ni0.4Co0.3Mn0.32、およびLi1.05Ni0.8Co0.15Mn0.052からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The lithium - nickel - cobalt - manganese composite oxide is selected from the group consisting of Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.3O2 , Li1.05Ni0.4Co0.3Mn0.3O2 , and Li1.05Ni0.8Co0.15Mn0.05O2 , for example . may contain at least one of

以下、本開示の実施例(本明細書においては「本実施例」とも記される)が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。 Embodiments of the present disclosure (also referred to herein as "the embodiments") are described below. However, the following description does not limit the scope of the claims.

<供試電池の製造>
以下のように、試料1から試料22が製造された。
<Production of test battery>
Samples 1 through 22 were prepared as follows.

《試料1》
(チタン酸化物の合成)
炭酸リチウム(Li2CO3)の粉末と、TiO2(アナターゼ型構造)の粉末とが混合されることにより、原料粉末が調製された。原料粉末が電気炉内に配置された。炉内は、アルゴン(Ar)雰囲気であった。炉内の設定温度は、800℃であった。炉内で原料粉末が加熱されることにより、Li4Ti512が合成された。
<<Sample 1>>
(Synthesis of titanium oxide)
A raw material powder was prepared by mixing lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder and TiO 2 (anatase structure) powder. Raw material powder was placed in an electric furnace. The inside of the furnace was an argon (Ar) atmosphere. The set temperature in the furnace was 800°C. Li 4 Ti 5 O 12 was synthesized by heating the raw material powder in the furnace.

(負極の形成)
以下の材料が準備された。
負極活物質:Li4Ti512(上記で合成されたもの)
導電材:カーボンブラック
バインダ:PVdF
溶媒:N-メチル-2-ピロリドン(NMP)
金属ワイヤ:Cuワイヤ(直径 50μm)
(Formation of negative electrode)
The following materials were prepared.
Negative electrode active material: Li 4 Ti 5 O 12 (synthesized above)
Conductive material: Carbon black Binder: PVdF
Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
Metal wire: Cu wire (diameter 50 μm)

負極活物質、導電材、バインダおよび溶媒が混合されることにより、負極スラリーが調製された。不揮発成分(「固形分」とも称される)の混合比は、「負極活物質/導電材/バインダ=90/7/3(質量比)」であった。負極スラリーがCuワイヤの表面に塗布され、乾燥されることにより、負極が形成された。 A negative electrode slurry was prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent. The mixing ratio of non-volatile components (also referred to as “solid content”) was “negative electrode active material/conductive material/binder=90/7/3 (mass ratio)”. A negative electrode was formed by applying the negative electrode slurry to the surface of the Cu wire and drying it.

(セパレータの形成)
ポリマー溶液が準備された。ポリマー溶液における溶媒はNMPであり、溶質はPVdF-HFPであった。ポリマー溶液が負極の表面に塗布された。ポリマー溶液の塗布後、ヒートガンにより、ポリマー溶液が乾燥された。これによりセパレータが形成された。セパレータは、12μmの厚さを有していた。
(Formation of separator)
A polymer solution was prepared. The solvent in the polymer solution was NMP and the solute was PVdF-HFP. A polymer solution was applied to the surface of the negative electrode. After applying the polymer solution, the polymer solution was dried with a heat gun. This formed a separator. The separator had a thickness of 12 μm.

(正極の形成)
以下の材料が準備された。
正極活物質:Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.32
導電材:カーボンブラック
バインダ:PVdF
溶媒:NMP
(Formation of positive electrode)
The following materials were prepared.
Positive electrode active material : Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.3O2
Conductive material: Carbon black Binder: PVdF
Solvent: NMP

正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒が混合されることにより、正極スラリーが調製された。不揮発成分の混合比は、「正極活物質/導電材/バインダ=90/7/3(質量比)」であった。正極スラリーがセパレータの表面に塗布され、乾燥されることにより、正極が形成された。以上より、単位セルが形成された。 A positive electrode slurry was prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent. The mixing ratio of the non-volatile components was "positive electrode active material/conductive material/binder=90/7/3 (mass ratio)". The positive electrode slurry was applied to the surface of the separator and dried to form a positive electrode. A unit cell was thus formed.

(結束)
複数本の単位セルが準備された。複数本の単位セルが1つに束ねられた。静水圧プレスにより、単位セルの束が圧縮された。これにより、複数本の単位セルが結束された。
(Unity)
Multiple unit cells were prepared. Multiple unit cells were bundled together. Bundles of unit cells were compressed by isostatic pressing. As a result, a plurality of unit cells were bundled.

(封止)
結束後、正極および負極に、リードタブがそれぞれ接続された。Alラミネートフィルム製のパウチが準備された。複数本の単位セルがパウチに収納された。パウチに電解液が注入された。電解液の注入後、ヒートシーラにより、パウチが封止された。電解液は、以下の組成を有していた。
(sealing)
After binding, lead tabs were connected to the positive and negative electrodes, respectively. A pouch made of Al laminated film was prepared. Multiple unit cells were placed in pouches. The pouch was filled with electrolyte. After injection of the electrolyte, the pouch was sealed with a heat sealer. The electrolytic solution had the following composition.

(電解液の組成)
支持塩:LiPF6(濃度 1mоl/L)
溶媒:EC/DMC/EMC=3/4/3(体積比)
(Composition of electrolyte)
Support salt: LiPF 6 (concentration 1 mol/L)
Solvent: EC/DMC/EMC = 3/4/3 (volume ratio)

以上より、供試電池が製造された。試料1に係る供試電池は、図2から図4に示される三次元電極構造を有していた。 As described above, a test battery was manufactured. A test battery according to sample 1 had a three-dimensional electrode structure shown in FIGS.

《試料2》
試料1と同様に、負極スラリーが調製された。Al箔が準備された。Al箔は15μmの厚さを有していた。負極スラリーがAl箔の表面に塗布され、乾燥されることにより、負極原反が形成された。ロールプレスにより、負極原反が圧縮された。圧縮後、負極原反が「27mmの幅×42mmの長さ」のサイズに切断された。以上より、シート状の負極が製造された。
<<Sample 2>>
Similar to sample 1, a negative electrode slurry was prepared. Al foil was prepared. The Al foil had a thickness of 15 μm. The negative electrode raw fabric was formed by applying the negative electrode slurry to the surface of the Al foil and drying it. The negative electrode original fabric was compressed by roll pressing. After the compression, the negative electrode raw fabric was cut into a size of "27 mm width x 42 mm length". As described above, a sheet-like negative electrode was produced.

試料1と同様に、正極スラリーが調製された。正極スラリーがAl箔の表面に塗布され、乾燥されることにより、正極原反が形成された。ロールプレスにより、正極原反が圧縮された。圧縮後、正極原反が「25mmの幅×40mmの長さ」のサイズに切断された。以上より、シート状の正極が製造された。 Similar to Sample 1, a positive electrode slurry was prepared. A positive electrode blank was formed by applying the positive electrode slurry to the surface of the Al foil and drying it. The positive electrode original sheet was compressed by roll pressing. After compression, the original positive electrode sheet was cut into a size of "25 mm width×40 mm length". As described above, a sheet-like positive electrode was produced.

試料1と同様に、ポリマー溶液が準備された。ガラス板が準備された。ガラス板の表面に、ポリマー溶液が塗布され、乾燥されることにより、PVdF-HFPからなるポリマー膜が形成された。ポリマー膜は、12μmの厚さを有していた。ガラス板からポリマー膜が剥離された。これにより、自立膜であるポリマー膜が回収された。 Similar to Sample 1, a polymer solution was prepared. A glass plate was prepared. A polymer film composed of PVdF-HFP was formed by coating the surface of the glass plate with the polymer solution and drying it. The polymer membrane had a thickness of 12 μm. A polymer film was peeled off from the glass plate. As a result, a self-supporting polymer film was recovered.

ポリマー膜を挟んで、正極と負極とが互いに対向するように、正極、負極およびポリマー膜が積層されることにより、単位セルが形成された。 A unit cell was formed by laminating the positive electrode, the negative electrode, and the polymer film such that the positive electrode and the negative electrode were opposed to each other with the polymer film interposed therebetween.

試料1と同様に、単位セルおよび電解液がパウチに収納され、パウチが封止された。以上より、供試電池が製造された。試料2に係る供試電池は、図1に示される二次元電極構造を有していた。 As with Sample 1, the unit cell and electrolyte were placed in a pouch, and the pouch was sealed. As described above, a test battery was manufactured. The test battery according to sample 2 had the two-dimensional electrode structure shown in FIG.

《試料3および試料4》
下記表1に示されるように、負極の外径が変更されることを除いては、試料1と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Sample 3 and Sample 4>>
As shown in Table 1 below, test batteries were manufactured in the same manner as Sample 1, except that the outer diameter of the negative electrode was changed.

《試料5から試料7》
下記表1に示されるように、セパレータの厚さが変更されることを除いては、試料1と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Sample 5 to Sample 7>>
As shown in Table 1 below, test batteries were each manufactured in the same manner as Sample 1, except that the thickness of the separator was changed.

《試料8および試料9》
下記表1に示されるように、金属ワイヤの直径が変更されることを除いては、試料1と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Sample 8 and Sample 9>>
As shown in Table 1 below, test batteries were each manufactured in the same manner as Sample 1, except that the diameter of the metal wire was changed.

《試料10および試料11》
Li4Ti512と、TiO2(ルチル型構造)とが所定のモル比で混合された。これにより原料粉末が調製された。原料粉末が電気炉内に配置された。炉内は、Ar雰囲気であった。炉内の設定温度は、1000℃であった。炉内で原料粉末が加熱されることにより、Li2Ti37が合成された。
<<Sample 10 and Sample 11>>
Li 4 Ti 5 O 12 and TiO 2 (rutile structure) were mixed in a predetermined molar ratio. A raw material powder was thus prepared. Raw material powder was placed in an electric furnace. The inside of the furnace was an Ar atmosphere. The set temperature in the furnace was 1000°C. Li 2 Ti 3 O 7 was synthesized by heating the raw material powder in the furnace.

Li4Ti512に代えて、Li2Ti37が負極活物質として使用されることを除いては、試料1(三次元電極構造)および試料2(二次元電極構造)と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。 Similar to Sample 1 (three-dimensional electrode structure) and Sample 2 (two-dimensional electrode structure), except that Li 2 Ti 3 O 7 is used as the negative electrode active material instead of Li 4 Ti 5 O 12 . , test batteries were manufactured respectively.

《試料12および13》
Li4Ti512に代えて、TiO2(アナターゼ型構造)が負極活物質として使用されることを除いては、試料1(三次元電極構造)および試料2(二次元電極構造)と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Samples 12 and 13>>
Similar to Sample 1 (three-dimensional electrode structure) and Sample 2 (two-dimensional electrode structure), except that TiO 2 (anatase structure) is used as the negative electrode active material instead of Li 4 Ti 5 O 12 . , test batteries were manufactured respectively.

《試料14および試料15》
Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.32に代えて、Li1.05Ni0.4Co0.3Mn0.32が正極活物質として使用されることを除いては、試料1(三次元電極構造)および試料2(二次元電極構造)と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Sample 14 and Sample 15>>
Sample 1 (three - dimensional electrode structure ) and Sample 2 ( Two-dimensional electrode structures), as well as test cells were fabricated respectively.

《試料16および試料17》
Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.32に代えて、Li1.05Ni0.8Co0.15Mn0.052が正極活物質として使用されることを除いては、試料1(三次元電極構造)および試料2(二次元電極構造)と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Sample 16 and Sample 17>>
Sample 1 (three - dimensional electrode structure) and Sample 2 (three - dimensional electrode structure ) , except that Li1.05Ni0.8Co0.15Mn0.05O2 is used as the positive electrode active material instead of Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.3O2. Two-dimensional electrode structures), as well as test cells were fabricated respectively.

《試料18および試料19》
Li4Ti512に代えて、MoO2が負極活物質として使用されることを除いては、試料1(三次元電極構造)および試料2(二次元電極構造)と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Sample 18 and Sample 19>>
Test batteries were prepared in the same manner as Sample 1 (three-dimensional electrode structure) and Sample 2 (two-dimensional electrode structure), except that MoO 2 was used as the negative electrode active material instead of Li 4 Ti 5 O 12 . were manufactured respectively.

《試料20および試料21》
下記表1に示されるAlワイヤが、金属ワイヤとして使用されることを除いては、試料1と同様に、供試電池がそれぞれ製造された。
<<Sample 20 and Sample 21>>
Each test battery was manufactured in the same manner as Sample 1, except that the Al wire shown in Table 1 below was used as the metal wire.

《試料22》
黒鉛、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびイオン交換水が混合されることにより、負極スラリーが調製された。不揮発成分の混合比は、「黒鉛/CMC/SBR=98/1/1(質量比)」であった。この負極スラリーにより、負極が形成されることを除いては、試料1と同様に、供試電池が製造された。黒鉛は、負極活物質に相当する。CMCおよびSBRはバインダに相当する。
<<Sample 22>>
A negative electrode slurry was prepared by mixing graphite, carboxymethylcellulose (CMC), styrene-butadiene rubber (SBR), and ion-exchanged water. The mixing ratio of non-volatile components was "graphite/CMC/SBR=98/1/1 (mass ratio)". A sample battery was manufactured in the same manner as in Sample 1, except that the negative electrode slurry was used to form the negative electrode. Graphite corresponds to a negative electrode active material. CMC and SBR correspond to binders.

<評価>
25℃の温度環境下において、0.1Cの電流レートにより、定電流方式の充放電が3サイクル実施された。「C」は、電流レートの単位である。1Cの電流レートにおいては、電池の定格容量が1時間で放電される。
<Evaluation>
Under a temperature environment of 25° C., three cycles of constant-current charging and discharging were performed at a current rate of 0.1C. "C" is the unit of current rate. At a current rate of 1C, the rated capacity of the battery is discharged in 1 hour.

3サイクル後、電池のSOC(state of charge)が50%に調整された。SOCの調整後、0.5Cの電流レートにより、供試電池が2秒間通電された。2秒後の電圧が測定された。同様に、1C、2C、4Cおよび6Cの各電流レートにおいて、通電開始から2秒後の電圧が測定された。二次元座標に測定結果がプロットされた。二次元座標の横軸は電流であり、縦軸は電圧である。二次元座標における近似直線の傾きから、IV抵抗が算出された。IV抵抗は、電池の内部抵抗に相当する。 After 3 cycles, the SOC (state of charge) of the battery was adjusted to 50%. After adjusting the SOC, the test cell was energized for 2 seconds with a current rate of 0.5C. The voltage was measured after 2 seconds. Similarly, at current rates of 1C, 2C, 4C and 6C, the voltage was measured 2 seconds after the start of energization. Measurement results were plotted on two-dimensional coordinates. The horizontal axis of the two-dimensional coordinates is current, and the vertical axis is voltage. The IV resistance was calculated from the slope of the approximate straight line in the two-dimensional coordinates. The IV resistance corresponds to the internal resistance of the battery.

IV抵抗の測定後、40℃の温度環境下において、0.5Cの電流レートにより、定電流方式の充放電が40サイクル実施された。40サイクル後、上記と同様にIV抵抗が測定された。下記式により、抵抗増加率が算出された。 After measurement of the IV resistance, 40 cycles of constant-current charging and discharging were performed at a current rate of 0.5 C in a temperature environment of 40°C. After 40 cycles, IV resistance was measured as above. The resistance increase rate was calculated by the following formula.

抵抗増加率[%]={(Rcyc-Rini)/Rini}×100
式中「Rini」は、40サイクル実施前(初期)のIV抵抗を示す。
式中「Rcyc」は、40サイクル実施後のIV抵抗を示す。
Resistance increase rate [%]={(R cyc −R ini )/R ini }×100
In the formula, "R ini " indicates the IV resistance before 40 cycles (initial).
"R cyc " in the formula indicates the IV resistance after 40 cycles.

下記表1に抵抗増加率が示される。本実施例においては、抵抗増加率が低い程、充放電の繰り返しに伴う、抵抗増加が低減しているとみなされる。 The resistance increase rate is shown in Table 1 below. In this example, the lower the rate of increase in resistance, the lower the increase in resistance due to repeated charging and discharging.

Figure 0007303084000001
Figure 0007303084000001

<結果>
上記表1中、例えば、試料1および試料2の結果において、三次元電極構造を有する電池は、二次元電極構造を有する電池に比して、低い抵抗増加率を示す傾向がみられる。
<Results>
In Table 1, for example, in the results of Samples 1 and 2, batteries having a three-dimensional electrode structure tend to exhibit a lower resistance increase rate than batteries having a two-dimensional electrode structure.

例えば、試料1、試料10、試料12、試料18、および試料22の結果において、負極がチタン酸化物を含む電池は、抵抗増加率が低い傾向がみられる。チタン酸化物は、充放電に伴う体積変化が小さいためと考えられる。 For example, in the results of Samples 1, 10, 12, 18, and 22, batteries in which the negative electrode contains titanium oxide tend to have a low resistance increase rate. This is probably because titanium oxide undergoes little change in volume during charging and discharging.

例えば、試料1、試料10、および試料12の結果において、チタン酸化物がLi4Ti512である時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。 For example, in the results of Samples 1, 10, and 12, when the titanium oxide is Li 4 Ti 5 O 12 , the resistance increase rate tends to be low.

例えば、試料1、試料8、試料20、および試料21の結果において、金属ワイヤがAlワイヤである時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。 For example, in the results of Samples 1, 8, 20, and 21, the resistance increase rate tends to be low when the metal wire is Al wire.

例えば、試料1、試料3および試料4の結果において、負極の外径が100μmから300μmの範囲内で変化しても、低い抵抗増加率が維持される傾向がみられる。 For example, in the results of Samples 1, 3 and 4, there is a tendency that a low resistance increase rate is maintained even when the outer diameter of the negative electrode varies within the range of 100 μm to 300 μm.

例えば、試料1、試料8、および試料9の結果において、金属ワイヤの直径が20μmから100μmの範囲内で変化しても、低い抵抗増加率が維持される傾向がみられる。 For example, the results of Samples 1, 8, and 9 tend to maintain a low resistance increase rate even when the diameter of the metal wire varies within the range of 20 μm to 100 μm.

例えば、試料1、試料5から試料7の結果において、セパレータの厚さが5μmから30μmの範囲内で変化しても、低い抵抗増加率が維持される傾向がみられる。 For example, the results of Samples 1, 5 to 7 show a tendency to maintain a low resistance increase rate even when the thickness of the separator varies within the range of 5 μm to 30 μm.

例えば、試料1、試料14、および試料16の結果において、正極活物質として、Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.32、Li1.05Ni0.4Co0.3Mn0.32、およびLi1.05Ni0.8Co0.15Mn0.052のいずれが使用されても、低い抵抗増加率が維持される傾向がみられる。 For example, in the results of Sample 1, Sample 14 , and Sample 16 , Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.3O2 , Li1.05Ni0.4Co0.3Mn0.3O2, and Li1.05Ni0.8Co0.15Mn were used as the positive electrode active material . A low resistance increase rate tends to be maintained when either 0.05 O 2 is used.

本実施形態および本実施例は、すべての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味におけるすべての変更を包含し、かつ特許請求の範囲の記載と均等の範囲内におけるすべての変更を包含する。 This embodiment and this example are illustrative in all respects. This embodiment and this example are not restrictive. The technical scope determined by the description of the claims includes all changes in the meaning of equivalents to the description of the claims, and all changes within the scope of equivalents to the description of the claims contain.

100,200 単位セル、101 金属ワイヤ、110,210 正極、120,220 負極、130,230 セパレータ、151 正極集電部材、152 負極集電部材。 100,200 unit cell, 101 metal wire, 110,210 positive electrode, 120,220 negative electrode, 130,230 separator, 151 positive current collecting member, 152 negative current collecting member.

Claims (1)

複数本の単位セルを含み、
前記複数本の単位セルの各々は、ロッド状であり、
前記複数本の単位セルの軸方向と直交する断面において、前記複数本の単位セルの各々は、六角形状であり、
前記複数本の単位セルは、結束されており、
前記複数本の単位セルの各々は、互いに平行に配置されており、
前記複数本の単位セルの各々は、金属ワイヤと、負極と、セパレータと、正極とを含み、
前記負極は、前記金属ワイヤの表面を被覆しており、
前記セパレータは、前記負極の表面を被覆しており、
前記正極は、前記セパレータの表面を被覆しており、
前記金属ワイヤは、20μmから50μmの直径を有するアルミニウムワイヤであり、
前記負極は、チタン酸化物を含
前記チタン酸化物は、式(1):
Li 4+x Ti 5 12 … (1)
によって表され、
前記式(1)中、-1≦x≦3の関係が満たされている、
リチウムイオン電池。
containing multiple unit cells,
each of the plurality of unit cells is rod-shaped,
each of the plurality of unit cells has a hexagonal shape in a cross section orthogonal to the axial direction of the plurality of unit cells,
The plurality of unit cells are bound together,
Each of the plurality of unit cells are arranged parallel to each other,
each of the plurality of unit cells includes a metal wire, a negative electrode, a separator, and a positive electrode;
The negative electrode covers the surface of the metal wire,
The separator covers the surface of the negative electrode,
The positive electrode covers the surface of the separator,
the metal wire is an aluminum wire having a diameter of 20 μm to 50 μm;
the negative electrode comprises titanium oxide,
The titanium oxide has the formula (1):
Li4 + xTi5O12 ( 1 ) _
is represented by
In the above formula (1), the relationship of -1 ≤ x ≤ 3 is satisfied,
lithium-ion battery.
JP2019181387A 2019-10-01 2019-10-01 lithium ion battery Active JP7303084B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019181387A JP7303084B2 (en) 2019-10-01 2019-10-01 lithium ion battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019181387A JP7303084B2 (en) 2019-10-01 2019-10-01 lithium ion battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021057290A JP2021057290A (en) 2021-04-08
JP7303084B2 true JP7303084B2 (en) 2023-07-04

Family

ID=75272720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019181387A Active JP7303084B2 (en) 2019-10-01 2019-10-01 lithium ion battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7303084B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007087909A (en) 2005-03-24 2007-04-05 Toshiba Corp Battery pack and automobile
WO2014156011A1 (en) 2013-03-27 2014-10-02 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2015111567A (en) 2013-11-07 2015-06-18 株式会社村田製作所 Nonaqueous electrolyte secondary battery and power-storage circuit arranged by use thereof
JP2018524782A (en) 2015-07-15 2018-08-30 ネーデルランセ オルハニサチエ フォール トゥーヘパスト−ナツールウェーテンシャッペルック オンデルズク テーエヌオーNederlandse Organisatie voor toegepast−natuurwetenschappelijk onderzoek TNO High aspect ratio structure apparatus and manufacturing method
JP2018152229A (en) 2017-03-13 2018-09-27 株式会社豊田中央研究所 Secondary battery
JP2019504444A (en) 2015-12-16 2019-02-14 ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト−ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー Lithium battery current collector including conductive pillared structure on substrate

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007087909A (en) 2005-03-24 2007-04-05 Toshiba Corp Battery pack and automobile
WO2014156011A1 (en) 2013-03-27 2014-10-02 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2015111567A (en) 2013-11-07 2015-06-18 株式会社村田製作所 Nonaqueous electrolyte secondary battery and power-storage circuit arranged by use thereof
JP2018524782A (en) 2015-07-15 2018-08-30 ネーデルランセ オルハニサチエ フォール トゥーヘパスト−ナツールウェーテンシャッペルック オンデルズク テーエヌオーNederlandse Organisatie voor toegepast−natuurwetenschappelijk onderzoek TNO High aspect ratio structure apparatus and manufacturing method
JP2019504444A (en) 2015-12-16 2019-02-14 ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト−ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー Lithium battery current collector including conductive pillared structure on substrate
JP2018152229A (en) 2017-03-13 2018-09-27 株式会社豊田中央研究所 Secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021057290A (en) 2021-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10522816B2 (en) Lithium secondary battery
JP7254875B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same
JP5229598B2 (en) Lithium secondary battery and manufacturing method thereof
JP4445447B2 (en) Nonaqueous electrolyte battery and battery pack
JP5178111B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery and pack battery
JP5299719B2 (en) Lithium secondary battery
KR101829528B1 (en) Electrode, nonaqueous electrolyte battery and battery pack
JP5999442B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
US20090123851A1 (en) Positive-electrode active material for lithium-ion secondary battery, positive electrode, manufacturing method thereof, and lithium-ion secondary battery
JP2010129471A (en) Cathode active material and nonaqueous electrolyte battery
CN110890525B (en) Positive active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
WO2013145721A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary cell and method for manufacturing same
US11677065B2 (en) Cathode active material of lithium secondary battery
WO2020202745A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
US8980482B2 (en) Nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery
WO2011114433A1 (en) Lithium secondary battery
JP2012209064A (en) Cathode active material and secondary cell using the same
JP6656370B2 (en) Lithium ion secondary battery and battery pack
JPH1131508A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP7303084B2 (en) lithium ion battery
JP7135840B2 (en) Positive electrode and lithium ion secondary battery
EP2819223A1 (en) Positive electrode active material
JP7164509B2 (en) lithium ion battery
JP7132187B2 (en) lithium ion battery
JP5985272B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191031

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191031

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220414

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230301

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: 20230530

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230622

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7303084

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151