JP7469489B2 - 電極片、電気化学装置及びそれを含む電子装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明をより良好に説明するために、いくつかの具体的な実施例及び比較例を挙げ、そして、実施例及び比較例の各々に対して、電池容量測定、電池釘刺し試験、及び重量物衝撃測定を行った。当業者は、本発明に記載された調製方法が単なる例示的な実施例であり、他のいずれの好適な調製方法は、いずれも、本発明の範囲内にあることを理解すべきである。
1.1 電池容量測定:
フォーメーション後のリチウムイオン電池(電気化学装置)を25±3℃の雰囲気で30分静置し、0.5Cの電流で電圧が4.4V(定格電圧)になるまで定電流で充電し、そして、電流が0.05Cになるまで定電圧で充電し、充電を停止して測定するリチウムイオン電池を30分放置した。その後、さらに0.2Cの電流でリチウムイオン電池を3.0Vまで放電し、そして測定するリチウムイオン電池を30分放置した。最後に、放電容量をリチウムイオン電池の実際の電池容量として記録した。
リチウムイオン電池体積エネルギー密度=実際の電池容量/(リチウムイオン電池の長さ×幅×厚み)。
フォーメーション後のリチウムイオン電池10個を、常温(25±3℃)下、0.5Cの電流にて電圧が4.4Vになるまで定電流で充電し、さらに4.4Vの定電圧で電流が0.05Cになるまで充電し、4.4Vの満充電状態にした。その後、常温条件下で、リチウムイオン電池に対して釘刺し実験を行い、直径2.5mmの釘(鋼釘、材質は炭素鋼、テーパーは16.5mm、鋼釘の全長は100mm)を用いて、30mm/sの釘刺し速度で釘刺し、釘刺し深さは鋼釘のテーパーがリチウムイオン電池を貫くことを基準にし、リチウムイオン電池が発煙、着火、又は爆発するかどうかを観察した。なければ、リチウムイオン電池が釘刺し試験に合格したと認定する。
フォーメーション後のリチウムイオン電池10個を、常温(25±3℃)下、0.5Cの電流にて電圧が4.4Vになるまで定電流で充電し、さらに4.4Vの定電圧で電流が0.05Cになるまで充電し、4.4Vの満充電状態にした。その後、常温条件下で、リチウムイオン電池に対して重量物衝撃実験を行い、直径15.8mmの衝撃子(棒材、総重量は9.1kg)を採用し、リチウムイオン電池から垂直方向の高さ61cmの位置で衝撃子を落とし、リチウムイオン電池にぶつけさせ、リチウムイオン電池が発煙、着火、又は爆発するかどうかを観察した。なければ、リチウムイオン電池が重量物衝撃測定に合格したと認定する。
アルミニウム箔を正極集電体として採用し、アルミニウム箔の一方の表面に第一正極活物質(ここで、リン酸鉄リチウムの粒度はDv50:3μm,Dv90:10μmである)を含む第一正極活物質層スラリーを一層で均一に塗布した。第一正極活物質層スラリーは、その組成が95.8wt%のリン酸鉄リチウム、2.8wt%のポリフッ化ビニリデン、及び1.4wt%の導電カーボンブラックであり、85℃で乾燥させ、第一正極活物質層を形成した。そして、正極片の長手方向における一端の第一正極活物質層と連結する集電体の空き部分、及び第一正極活物質層上の部分に、一層の絶縁層スラリーを塗工し、絶縁層スラリーの組成は、98wt%のアルミナ及び2wt%のポリフッ化ビニリデンであり、85℃で乾燥させ、厚み10μmの絶縁層を形成した。ここで、当該絶縁層が第一正極活物質層を覆うことで形成された重複部分が正極片の長手方向における長さは2mmであった。そして、乾燥された第一正極活物質層上に一層の第二正極活物質層スラリーを続けて塗布した。第二正極活物質層スラリーは、その組成が、97.8wt%のコバルト酸リチウム(ここで、コバルト酸リチウムの粒度は、Dv50:13μm、Dv90:38μm)、0.8wt%のポリフッ化ビニリデン、及び1.4wt%の導電カーボンブラックであり、85℃で乾燥させ、第二正極活物質層を形成した。ここで、正極片の長手方向において、第二正極活物質層の第五端の縁は、絶縁層の非重複部分の上に位置し(即ち、縁が延びて第一正極活物質層の第一端の縁を超える)、第二正極活物質層は延びて、重複部分を超える長さは1mmであった。正極集電体の他の一つの表面に、図8のようにして、第三正極活物質層及び第四正極活物質層を調製し、第三正極活物質層の組成は第一活物質層の組成と同じであり、第二正極活物質層の組成は第四正極活物質の組成と同じであり、そして、正極片に冷間圧延を行い、ここで、冷間圧延の圧力は60Tであり、冷間圧延の速度は40m/minであり、カット、スリットをした後に、85℃の真空条件下で4時間乾燥させ、正極片を調製した。ここで、第一正極活物質層及び第三活物質層の厚みは8μmであり、絶縁層の厚みは10μmであり、且つ、第二正極活物質層及び第四活物質層の厚みは50μmであった。図8は実施例1の正極片の構造模式図であり、実施例1の正極片における正極集電体201、第一正極活物質層202、第二正極活物質層203、及び絶縁層204の設置形態は図8を参照する。
実施例2-6では、第一正極活物質層と絶縁層との重複部分が正極片の長手方向における長さは異なる以外、実施例1の調製方法と同様にした。具体的には、表1を参照する。
実施例7では、正極片の長手方向において、第二正極活物質層の第五端の縁が重複部分に位置し(即、第一正極活物質層の第一端の縁と絶縁層の第三端の縁との間に位置する)、且つ、重複部分を覆う第二正極活物質層の長さは1mmであること以外、実施例1の調製方法と同様にした。図9は実施例7の正極片の構造模式図であり、実施例7の正極片における正極集電体301、第一正極活物質層302、第二正極活物質層303、及び絶縁層304の設置形態は図9を参照する。
実施例8では、正極片の長手方向において、第二正極活物質層の第五端の縁と絶縁層の第三端の縁とが一致し(即ち、第二正極活物質層と重複部分とは、相互に重なり合つて連結する)、且つ第二正極活物質層と重複部分との間の距離は0mmであること以外、実施例1の調製方法と同様にした。図10は実施例8の正極片の構造模式図であり、実施例8の正極片における正極集電体401、第一正極活物質層402、第二正極活物質層403、及び絶縁層404の設置形態は図10を参照する。
実施例9と実施例1との違いが以下の通りです。実施例9では、まず、アルミニウム箔の表面に一層の絶縁層スラリーを均一に塗布し、そして、正極片の長手方向における一端の絶縁層と連結する集電体の空き部分、及び絶縁層上の部分に一層の第一正極活物質層スラリーを塗工した。ここで、第一正極活物質層が絶縁層を覆うことで形成された重複部分が正極片の長手方向における長さは2mmであり、且つ、第一正極活物質層厚みは10μmであり、絶縁層の厚みは8μmである。
上記以外、実施例9は、実施例1と同様にした。図11は実施例9の正極片の構造模式図であり、実施例9の正極片における正極集電体501、第一正極活物質層502、第二正極活物質層503、及び絶縁層504の設置形態は図11を参照する。
実施例10では、正極片の長手方向において、第二正極活物質層が延びて、重複部分を超える長さは3mmであること以外、実施例9の調製方法と同様にした。
実施例11では、正極片の長手方向において、第二正極活物質層の第五端の縁が重複部分に位置し(即、第一正極活物質層の第一端の縁と絶縁層の第三端の縁との間に位置する)、且つ、重複部分を覆う第二正極活物質層の長さは1mmであること以外、実施例9の調製方法と同様にした。図12は実施例11の正極片の構造模式図であり、実施例11の正極片における正極集電体601、第一正極活物質層602、第二正極活物質層603、及び絶縁層604の設置形態は図12を参照する。
実施例12では、正極片の長手方向において、第二正極活物質層の第五端の縁と絶縁層の第三端の縁とが一致し(即ち、第二正極活物質層と重複部分とは、相互に重なり合つて連結する)、且つ第二正極活物質層と重複部分との間の距離が0mmであること以外、実施例9の調製方法と同様にした。図13は実施例12の正極片の構造模式図であり、実施例12の正極片における正極集電体701、第一正極活物質層702、第二正極活物質層703、及び絶縁層704の設置形態は図13を参照する。
実施例13では、正極集電体の両側の表面に実施例1と類似な絶縁層構造が設けられる以外、実施例1の調製方法と同様にした。図14は実施例13の正極片の構造模式図であり、実施例13の正極片における正極集電体801、第一正極活物質層802、第二正極活物質層803、及び絶縁層804の設置形態は図14を参照する。
比較例1と実施例1との違いが以下の通りです。比較例1では、正極片の長手方向における一端の第一正極活物質層から3mmの位置に絶縁層スラリーを塗布し、ここで、形成した絶縁層の第三端と第一正極活物質層の第一端との間の距離が3mmであり、そして、乾燥させた後の第一正極活物質層、及び第一正極活物質層と絶縁層との間の集電体の空き部分上に一層の第二正極活物質層スラリーを続けて塗布し、乾燥させ、第二正極活物質層を形成した。ここで、正極片の長手方向において、第二正極活物質層の第五端の縁は、第一正極活物質層と絶縁層との間の集電体の空き部分に位置し、且つ、第五端の縁と絶縁層との間の距離が2mmである。
上記以外、比較例1は、実施例1と同様にした。
Claims (18)
- 第一表面を含む集電体と、
第一活物質を含む第一活物質層と、
第二活物質を含む第二活物質層と、
絶縁層と、を含む電極片であって、
前記第一活物質層は、前記集電体と前記第二活物質層との間に設けられ、且つ、前記集電体の第一表面の第一部分を覆い、
前記絶縁層は、前記集電体の第一表面の、前記第一部分と異なる第二部分を覆い、
前記電極片の長手方向において、前記第一活物質層は第一端及び第二端を含み、前記絶縁層は第三端及び第四端を含み、前記第一端と前記第三端とが相互に積み重ねることで、重複部分を形成し、
前記電極片の長手方向において、前記第一端の前記電極片の長手方向における縁と、前記第三端の前記電極片の長手方向における縁との距離が20mmであり、又は20mm未満であることを特徴とする、電極片。 - 前記電極片の厚み方向において、前記第一端は、前記第三端と前記集電体との間に設けられる、請求項1に記載の電極片。
- 前記電極片の厚み方向において、前記第三端は、前記第一端と前記集電体との間に設けられる、請求項1に記載の電極片。
- 前記電極片の長手方向において、前記第二活物質層は第五端を含む、請求項1-3のいずれか1項に記載の電極片。
- 前記第五端の前記電極片の長手方向における縁と、前記第三端の前記電極片の長手方向における縁とが一致する、請求項4に記載の電極片。
- 前記第五端の前記電極片の長手方向における縁は、前記第一端の前記電極片の長手方向における縁と、前記第三端の前記電極片の長手方向における縁との間に位置する、請求項4に記載の電極片。
- 前記第一端の前記電極片の長手方向における縁は、前記第三端の前記電極片の長手方向における縁と、前記第五端の前記電極片の長手方向における縁との間に位置する、請求項4に記載の電極片。
- 前記電極片の長手方向において、前記第一端の前記電極片の長手方向における縁と、前記第五端の前記電極片の長手方向における縁との距離が3mmであり、又は3mm未満である、請求項7に記載の電極片。
- 前記電極片は、さらに第三活物質層及び第四活物質層を含み、前記集電体はさらに第二表面を含み、前記第三活物質層は前記集電体と前記第四活物質層との間に設けられ、且つ前記集電体の第二表面を覆う、請求項1に記載の電極片。
- 前記電極片の長手方向において、前記第三活物質層は第六端を含み、
前記第六端の前記電極片の長手方向における縁は、前記第一端の前記電極片の長手方向における縁と、前記第四端の前記電極片の長手方向における縁との間に位置する、請求項9に記載の電極片。 - 前記電極片の長手方向において、前記第四活物質層は第七端を含み、前記第七端は前記電極片の長手方向において前記第六端を超える、請求項10に記載の電極片。
- 前記絶縁層の前記重複部分における密度は、前記絶縁層の前記重複部分以外の部分における密度の60%~90%である、請求項1に記載の電極片。
- 前記第一活物質及び前記第二活物質はそれぞれ独立して、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸鉄ナトリウム、リン酸バナジウムリチウム、リン酸バナジウムナトリウム、リチウムバナジルホスフェート、ナトリウムバナジルホスフェート、バナジン酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、リチウム過剰マンガン基材料、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム、チタン酸リチウム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項1に記載の電極片。
- 前記第一活物質及び前記第二活物質はそれぞれ独立して、人造黒鉛、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、ソフトカーボン、ハードカーボン、ケイ素、ケイ素酸素化合物、ケイ素炭素複合物、スズ、スズ合金、チタン酸ニオブ、チタン酸リチウム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項1に記載の電極片。
- 前記第一活物質層及び前記第二活物質層の両方はさらに、バインダー及び導電剤を含み、
前記バインダーは、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレンブタジエンゴム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、且つ、
前記導電剤は、カーボンナノチューブ、導電カーボンブラック、アセチレンブラック、グラフェン、ケッチェンブラック、カーボンファイバー、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項1に記載の電極片。 - 前記絶縁層は、無機粒子及び/又は重合体を含み、
前記無機粒子は、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、二酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化セリウム、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、炭化ケイ素、ベーマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、硫酸バリウム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記重合体は、フッ化ビニリデンの単独重合体、フッ化ビニリデンの共重合体、ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリスチレン、ポリフェニルアセチレン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項1に記載の電極片。 - 正極片と、セパレータと、負極片とを含み、前記正極片及び/又は前記負極片は請求項1-16のいずれか1項に記載の電極片である、電気化学装置。
- 請求項17に記載の電気化学装置を含む、電子装置。
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