JP7463534B2 - 電極アセンブリおよびその電極アセンブリを備える電気化学装置、並びに電子機器 - Google Patents
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Description
電極片と、上記電極片に設けられた埋込型タブと、を備え、
上記電極片の表面には紡糸層が設けられており、且つ上記紡糸層は、タブの表面を含む電極片の表面を覆い、且つ電極片の表面と接触している。
および/または、
上記タブの表面における紡糸層の厚さは、上記非タブの表面における紡糸層の厚さより大きい。
粒子をさらに含む。
上記紡糸層の空隙率は30%~95%であることと、
上記紡糸層の孔径は20nm~30μmであることと、
上記紡糸層の厚さは1μm~20μmであることと、の特性のうちの少なくとも1つを満たす。
1:正極タブ
2:タブ溶接領域
3:負極タブ
4:紡糸層
電極片と、上記電極片に設けられた埋込型タブと、を備え、
上記電極片の表面には紡糸層が設けられており、且つ上記紡糸層は、タブの表面を含む電極片の表面を覆い、且つ電極片の表面と接触している。
および/または、
上記タブの表面における紡糸層の厚さは、非タブの表面における紡糸層の厚さより大きい。
層4で覆われ、タブ1の表面における紡糸層の耐突き刺し強度は、非タブの表面における紡糸層の耐突き刺し強度よりも高い。
上記紡糸層の空隙率は30%~95%であることと、
上記紡糸層の孔径は20nm~30μmであることと、
上記紡糸層の厚さは1μm~20μmであることと、の特性のうちの少なくとも1つを満たす。
強度が弱くなり、電極片の表面の粒子の突刺に抵抗できなくなり、局所的な正極および負極の短絡が発生しやすくなり、電気的性能の低下と厳重な自己放電という問題を引き起こす。
特に限定されるものではなく、例えば、銅箔、銅合金箔、または複合集電体など当技術分野で知られている任意の負極集電体であってもよい。上記負極フィルムには負極活物質が含まれている。本願では、負極活物質に対して特に限定されず、当技術分野で知られている任意の負極活物質であってもよい。例えば、黒鉛、シリコン、またはシリコンカーボンなどから選択される一種以上が用いられる。
無機粒子の平均粒子径:無機粒子の平均粒子径は、体積基準のD50で表され、即ち、粒子径がD50以下である無機粒子の体積含有量は、すべての粒子の50%を占める。
バリ:タブを溶接するときに生成された金属の凸点と凹点である。
オーバーハング(Overhang):正電極片に対する負電極片、負電極片に対するセパレータ、または正電極片に対するセパレータの幅方向または長さ方向におけるオーバーハング(寸法の差)を指す。
リチウムイオン電池の容量とエネルギー密度:
室温で、リチウムイオン電池を60分間放置した後、0.2Cの倍率で3.0Vまで充電し、0.5Cの倍率でカットオフ電圧まで放電し、定電圧で0.01Cの充電電流まで充電して60分間放置する。次に、0.5Cの倍率で2.8Vまで充電し、リチウムイオン電池の容量(Ah)を測定し、リチウムイオン電池の体積からエネルギー密度(Wh/L)を算出する。
落下乱用テストにおける発火・爆発しなかったリチウムイオン電池の数量/パラメータ実験でのリチウムイオン電池の総数を算出する。
テスト方法は次の通りである。室温での電極アセンブリの初期容量を1.0Cの電流で測定し、1.0Cの定電流で4.2Vまで充電してから、電流が0.05に低下するまで定電圧で充電し、充電を停止し、1時間放置する。開回路電圧、インピーダンスを測定する。電極アセンブリを高さ1m(3.28フィート)からコンクリートの床まで自由に落下させる。各リチウムイオン電池を相互に垂直な3つの軸の正と負の方向に沿って1回落下させ、合計6回落下させた後、1時間放置する。開回路電圧とインピーダンスを測定する。次に、室温での残余容量を1.0C電流で測定する。ここで、残余容量とは、完全に充電した後の放電容量を指す。リチウムイオン電池には漏れ、煙、発火、爆発が発生しなく、リチウムイオン電池の保護装置が良好であり、且つテスト後の残余容量は初期容量の90%以上であり、テスト後のインピーダンスの増加量は初期インピーダンスの50%以下であれば、合格と見なされ、それ以外の場合は不合格と見なされる。
マイコン制御電子万能試験機(MTS-E44.104)を使用して、多孔質層の突刺強度を測定する。
テストプロセス:リチウムイオン電池を分解し、正電極片、紡糸層、負電極片の3層構造の積層サンプルを取り、プレス機械の片側のアルミ板に放置し、サンプル上に鋼球(材質は鉄であり、直径5mm)を放置する。2つのタブの間に10Vの電圧を印加し、両側のアルミ板を介してサンプルの表面に圧力を加え、垂直方向における圧力の速度は0.1mm/minであり、抵抗が急激に変化したときの圧力を突刺強度として記録する。
電池のセパレーター(紡糸層)を直径24mmの円状シートに作成し、電池セパレータ
ー貫通孔径測定器CFP-1500AEを用いて、パラメーターを下記のように調整する。圧力範囲:0-500psi、加圧ガス:N2、浸透液:GalWick。このように、紡糸層の空隙率と孔径を得ることができる。
電解質の調製
乾燥アルゴンの雰囲気において、有機溶媒であるエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートを質量比EC:EMC:DEC=30:50:20で混合して有機溶液を得た。有機溶媒にリチウム塩であるヘキサフルオロリン酸リチウムを添加して溶解し、均一に混合し、リチウム塩濃度1.15mol/Lの電解質溶液を得た。
以下、例を挙げて本願の電極アセンブリを説明する。これらの実施形態では、正電極片に紡糸層を配置することを例として説明する。勿論、上記紡糸層は、負電極片の表面にも配置できることを理解すべきである。これらの実施形態は、本願の目的を達成することもできる。当業者であれば、これらの実施形態も本願の保護範囲内に属することを理解すべきである。
選択した333996モデルでは、正電極片の幅は89.8mmであり、正電極片における負極タブの溶接に対応する部分に緑色電池粘着テープが貼り付けられた。次に、正電極片にエレクトロスピニングによりポリイミド(PI,polymide)紡糸層を制作し、上記正電極片の幅方向に沿って、紡糸層の片側が正電極片を超えた部分の幅は0.5mmであった。負電極片の幅は91mmであり、そのタブには緑色電池粘着テープが貼り付けられた。紡糸済みの正電極片と紡糸しない負電極片とを積み重ねて巻回って電極アセンブリを得た。それをアルミニウムプラスチックフィルムに入れ、上面、側面を介して密封し、調製例1の電解液を注入し、封止した後に実施例1のリチウムイオン電池を得た。
該実施形態において、上記紡糸層の空隙率は60%であり、孔径は100nmであり、厚さは10μmであった。
選択した333996モデルでは、正電極片の幅は89.8mmであり、正電極片のける負極タブの溶接に対応する部分に緑色電池粘着テープが貼り付けられた。次に、正電極片におけるタブ溶接領域以外の部分に、エレクトロスピニングによりポリイミド(PI,polymide)紡糸層を作製し、正電極片のタブ溶接領域に、局部スピニングによりAl2O3粒子を含有するポリイミド(PI,polymide)紡糸層を制作した。ここで、セパレータの総体積に対するAl2O3粒子の比率は30%であった。上記正電極片の幅方向に沿って、紡糸層全体の片側が正電極片を超えた部分の幅は0.5mmであった。負電極片の幅は91mmであり、そのタブには緑色電池粘着テープが貼り付けられた。紡糸済みの正電極片と紡糸しない負電極片を巻回って電極アセンブリを得た。それをアルミニウムプラスチックフィルムに入れ、上面、側面を介して密封し、調製例1の電解液を注入し、封止した後に実施例2のリチウムイオン電池を得た。
該実施形態において、上記紡糸層の空隙率は40%であり、孔径は150nmであり、厚さは5μmであり、Al2O3粒子の粒子径は1μmであった。
選択した333996モデルでは、正電極片の幅は89.8mmであり、正電極片における負極タブの溶接に対応する部分に緑色電池粘着テープが貼り付けられた。次に、正電極片にエレクトロスピニングによりポリイミド(PI,polymide)紡糸層を作製
し、正電極片のタブ溶接領域に、多層局部スピニングにより一層のポリイミド(PI,polymide)紡糸層および一層のAl2O3粒子層を覆い、ここで、Al2O3粒子層とポリイミド(PI、polymide)紡糸層との厚さの比率は2:5であった。上記正電極片の幅方向に沿って、紡糸層全体の片側が正電極片を超えた部分の幅は0.5mmであった。負電極片の幅は91mmであり、そのタブには緑色電池粘着テープが貼り付けられた。紡糸済みの正電極片と紡糸しない負電極片を巻回って電極アセンブリを得た。それをアルミニウムプラスチックフィルムに入れ、上面、側面を介して密封し、調製例1の電解液を注入し、封止した後に実施例3のリチウムイオン電池を得た。
該実施形態において、上記ポリイミド(PI,polymide)の空隙率は55%であり、孔径は90nmであり、厚さは8μmであった。Al2O3粒子の粒子径は1μmであり、Al2O3粒子層の厚さは3.2μmであった。
選択した333996モデルでは、正電極片の幅は89.8mmであり、正電極片における負極タブの溶接に対応する部分に緑色電池粘着テープが貼り付けられた。次に、負電極片にエレクトロスピニングによりポリイミド(PI,polymide)紡糸層を制作し、負電極片の幅は91mmであった。上記正電極片の幅方向に沿って、紡糸層の片側が負電極片を超えた部分の幅は0.5mmであった。紡糸しない正電極片と紡糸済みの負電極片を巻回って電極アセンブリを得た。それをアルミニウムプラスチックフィルムに入れ、上面、側面を介して密封し、調製例1の電解液を注入し、封止した後に実施例4のリチウムイオン電池を得た。
該実施形態において、上記紡糸層の空隙率は60%であり、孔径は120nmであり、厚さは10μmであった。
選択した333996モデルでは、正電極片の幅は89.8mmであり、正電極片における負極タブの溶接に対応する部分に緑色電池粘着テープが貼り付けられた。次に、正電極片にエレクトロスピニングによりポリイミド(PI,polymide)紡糸層を制作し、上記正電極片の幅方向に沿って、紡糸層の片側が正電極片を超えた部分の幅は0.5mmであった。同時に、負電極片にエレクトロスピニングによりポリイミド(PI,polymide)紡糸層を制作し、負電極片の幅は91mmであり、紡糸層の片側が負電極片を超えた部分の幅は0.5mmであった。紡糸後の正電極片と負電極片を巻回って電極アセンブリを得た。それをアルミニウムプラスチックフィルムに入れ、上面、側面を介して密封し、調製例1の電解液を注入し、封止した後に実施例5のリチウムイオン電池を得た。
該実施形態において、正電極片の紡糸層の空隙率は45%であり、孔径は1μmであり、厚さは12μmであった。負電極片の紡糸層の空隙率は45%であり、孔径は1μmであり、厚さは12μmであった。
選択した333996モデルでは、正電極片の幅は89.8mmであり、緑色電池粘着テープと電極片との接触面積は22×15mmであり、ここで、テープにおけるフィルムの面積は135mm2であり、正極の両側における緑色電池粘着テープにより覆われている活物質の総面積は270mm2であり、正電極片における負極タブの溶接に対応する部分に緑色電池粘着テープが貼り付けられた。負電極片の幅は91mmであり、そのタブには緑色電池粘着テープが貼り付けられた。幅が92.8mmであるPE膜をセパレータとして選択して使用した。正電極片、セパレータ、負電極片を巻回って電極アセンブリを得た。それをアルミニウムプラスチックフィルムに入れ、上面、側面を介して密封し、調製例1の電解液を注入し、封止した後に比較例1のリチウムイオン電池を得た。その電池コアの容量は2.36Ahであった。
実施例4~5は比較例1に対して電極アセンブリの幅の差=92.8-(91+0.5×2)=0.8mm。
テスト結果を表1に示す。
Claims (11)
- 電極片と、前記電極片に設けられた埋込型タブと、を備え、
前記電極片の表面には紡糸層が設けられており、且つ前記紡糸層は電極片の表面を覆って電極片の表面と接触し、前記電極片の表面はタブの表面を含み、
前記タブの表面における紡糸層の耐突き刺し強度は、非タブの表面における紡糸層の耐突き刺し強度より高い、
電極アセンブリ。 - 前記タブの表面における紡糸層の空隙率および/または孔径は、前記非タブの表面における紡糸層の空隙率および/または孔径より小さく、
および/または、
前記タブの表面における紡糸層の厚さは、前記非タブの表面における紡糸層の厚さより大きい、
請求項1に記載の電極アセンブリ。 - 前記紡糸層の上縁および下縁は、前記電極片の上縁および下縁よりそれぞれ0.1mm~10mm大きい、
請求項1に記載の電極アセンブリ。 - 前記紡糸層は、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレングリコール、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレンカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ(フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン)、ポリ(フッ化ビニリデン-コ-クロロトリフルオロエチレン)、ポリエチレンオキシドまたは上記物質の誘導体から選択される一種以上が用いられる。
請求項1に記載の電極アセンブリ。 - 前記紡糸層は、無機粒子および/または低融点ポリマー粒子をさらに含む、
請求項1に記載の電極アセンブリ。 - 前記無機粒子は、HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、ベーマイト、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、リン酸リチウム、リン酸チタンリチウム、リン酸チタンリチウムアルミニウム、チタン酸リチウムランタン、チオリン酸リチウムゲルマニウム、リチウム窒化物、SiS2ガラス、P2S5ガラス、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2セラミックまたはガーネットセラミックから選択される一種以上が用いられる、
請求項5に記載の電極アセンブリ。 - 前記低融点ポリマー粒子は、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラールまたはポリアクリレートから選択される一種以上が用いられる、
請求項5に記載の電極アセンブリ。 - 前記無機粒子および/または低融点ポリマー粒子の粒子径は、0.001μm~10μmである、
請求項5に記載の電極アセンブリ。 - 前記紡糸層は、
前記紡糸層の空隙率は30%~95%であることと、
前記紡糸層の孔径は20nm~30μmでることと、
前記紡糸層の厚さは1μm~20μmであることと、の特性のうちの少なくとも1つを満たす、
請求項1~8のいずれか一項に記載の電極アセンブリ。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載の電極アセンブリを備える、電気化学装置。
- 請求項10に記載の電気化学装置を備える、電子機器。
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