JPWO2011070710A1 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2011070710A1 JPWO2011070710A1 JP2011513564A JP2011513564A JPWO2011070710A1 JP WO2011070710 A1 JPWO2011070710 A1 JP WO2011070710A1 JP 2011513564 A JP2011513564 A JP 2011513564A JP 2011513564 A JP2011513564 A JP 2011513564A JP WO2011070710 A1 JPWO2011070710 A1 JP WO2011070710A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- thin film
- positive electrode
- secondary battery
- electrolyte secondary
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/443—Particulate material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
- H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
セパレータ(6)は、正極(4)と負極(5)との間に配置されており、主体層(6A)と複数の薄膜(6B),(6C)とを有している。複数の薄膜(6B),(6C)のそれぞれは、主体層(6A)よりも薄い膜厚を有しており、主体層(6A)よりも小さなイオン透過率を有している。また、複数の薄膜(6B),(6C)は、相異なるイオン透過率を有している。
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。
近年、環境問題の点から電気エネルギーによる自動車の駆動が要求されており、また、大型工具用電源等の直流化が要求されている。これらの要求を満たすために、急速に充電が可能であるとともに大電流を放電可能な小型且つ軽量な二次電池が要望されている。このような要望を満たす典型的な二次電池としては、非水電解質二次電池(以下では単に「電池」と記す場合がある。)が挙げられる。
非水電解質二次電池は、正極と負極とセパレータとを備えている。正極では、リチウムイオンと可逆的に電気化学反応をする材料(正極活物質,リチウムを含む複合酸化物)が正極集電体に保持されている(特許文献1参照)。負極では、リチウムを吸蔵及び放出可能な材料(負極活物質,例えば黒鉛又は錫合金)が負極集電体に保持されている(特許文献2参照)。セパレータは、正極と負極との間に介在されており、正極と負極との間に短絡が生じることを防止するとともに電解液を保持している。電解液では、リチウム塩(例えばLiClO4又はLiPF6)が非プロトン性の有機溶媒に溶解されている。
非水電解質二次電池は次に示す方法に従って製造される。まず、正極及び負極のそれぞれを薄膜シート又は箔状に成形し、セパレータを介して正極及び負極を積層する又は渦巻き状に捲回する。このようにして作製した電極群を電池ケース(鉄,アルミニウム又はステンレス等の金属製であっても良いし、ニッケルメッキ等がケース表面に施されたものであっても良い)内に収容し、非水電解液をこの電池ケース内に注入する。その後、蓋板で電池ケースの開口部を密封する。金属製の電池ケースの代わりにアルミラミネートフィルムを用いても良い。
非水電解質二次電池の製造中に金属からなる異物(以下では「金属異物」と記す)が混入する場合がある。金属異物の代表例としては、正極活物質若しくは導電剤の合成中に混入される金属、又は、非水電解質二次電池の製造中に製造装置内のベアリング若しくはローラー等の回転部品が摩耗することにより発生する金属片を挙げることができる。そのため、金属異物の材料としては、例えば、鉄、ニッケル、銅、ステンレス鋼又は真鍮を挙げることができる。これらの金属異物は、正極の作動電位下において非水電解質中に溶解してイオンとなり、このイオンは、例えば充電中に負極の表面上に金属として析出する。負極の表面上に析出した金属異物がセパレータを貫通して正極に達すると、内部短絡が発生する。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安全性が保証された非水電解質二次電池を提供することである。
本発明に係る非水電解質二次電池では、正極と負極とセパレータと非水電解質とが電池ケース内に収容されている。セパレータは、主体層と、複数の薄膜とを有している。複数の薄膜のそれぞれは、主体層よりも薄い膜厚を有しており、主体層よりも小さなイオン透過率を有している。複数の薄膜は、相異なるイオン透過率を有している。このような非水電解質二次電池では、金属異物イオンが各薄膜を厚み方向に透過することを防止できる。よって、金属異物イオンが負極の表面上に到達することを防止できる。
本発明に係る非水電解質二次電池では、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜が負極の表面上に設けられていることが好ましく、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜が負極の表面上に接着されていればさらに好ましい。これにより、金属異物イオンが負極の表面上に到達することを抑制できる。
本発明に係る非水電解質二次電池では、複数の薄膜は、正極から負極へ向かうにつれてイオン透過率が小さくなるように配置されていることが好ましい。これにより、電極群の厚み方向に透過する金属異物イオンの量を正極から負極へ向かうにつれて徐々に減らすことができる。このような非水電解質二次電池では、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も大きな薄膜が主体層と一体であっても良い。
後述の好ましい実施形態では、複数の薄膜は相異なるヘキサフルオロプロピレン濃度を有し、ヘキサフルオロプロピレンの濃度が高い薄膜はヘキサフルオロプロピレンの濃度が低い薄膜よりも大きなイオン透過率を有する。この場合、各薄膜がヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体を含んでいても良く、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜がポリフッ化ビニリデンからなっても良い。
本発明に係る非水電解質二次電池では、正極は、リチウムと第1の金属(リチウム以外の金属)と酸素とを含む複合酸化物を有していれば良く、正極及び負極が有するリチウムの総モル数をx[mol]とし複合酸化物における第1の金属の総モル数をy[mol]としたときにx/yは1.05よりも大きいことが好ましい。これにより、不可逆容量が大きい(初回充電時の容量に比べて初回放電時の容量が低い)場合であっても、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を抑制できる。この効果は、負極が珪素、錫、又は珪素若しくは錫を含む化合物を有している場合に、大きくなる。
本明細書における「複数の薄膜」には、薄膜同士の境界が確認できない場合も含まれている。例えば、膜厚が非常に薄い薄膜を積層すると、薄膜同士の境界を確認することが難しい場合がある。
本明細書では、「イオン透過率」は、例えば、次に示す方法に従って測定することができる。まず、所定の膜(イオン透過率を測定する膜)を隔てて一方には金属塩を含む電解液(A)を配置し、他方には金属塩を含まない溶液(B)を配置する。所定の時間が経過してから、溶液(B)中の塩濃度を測定する。又は、所定の時間が経過してから、溶液(B)のイオン伝導度を測定し、予め作成しておいた塩濃度とイオン伝導度との関係を示す検量線を用いて溶液(B)中の塩濃度を推定する。
本明細書では、「イオン透過率」の「イオン」は、非水電解質中の陽イオンであり、金属異物イオンだけでなくリチウムイオンも含まれる。
本明細書では、「薄膜が主体層と一体である」は、薄膜と主体層との境界が明瞭に確認できないことであり、例えば薄膜を構成する材料の一部が主体層の内部に浸透することである。主体層及び薄膜が共に樹脂からなる場合に、薄膜が主体層と一体となることがある。
本明細書では、「正極の表面」は正極の両表面のうちその正極とリチウムイオンを授受する負極に対向する面であり、「負極の表面」は負極の両表面のうちその負極とリチウムイオンを授受する正極に対向する面である。
本発明では、安全性が保証された非水電解質二次電池を提供できる。
本発明者らが負極の表面上における金属異物の析出について検討したところ、次に示すことが分かった。図1(a)〜(c)は、金属異物が負極の表面上に析出する様子を説明した断面図である。なお、図1(a)〜(c)では、説明の都合上、セパレータ96の膜厚を正極94及び負極95の各膜厚よりも大きく示しており、図1(a)〜(c)に示す正極94、負極95及びセパレータ96の膜厚の関係は、実際の非水電解質二次電池における正極、負極及びセパレータの膜厚の関係とは異なる。
正極94(特に正極活物質)内の金属異物(X)、非水電解質二次電池の製造中に生じた金属異物、又は、摩耗により生じた金属異物は、正極の浸漬電位下(浸漬電位は電解液に濡れたことにより発生する電位である)あるいは正極の作動電位下で溶解してイオン(Xn+)となり、例えば充電中に負極95の表面へ向かってセパレータ96内を移動する。このとき、負極95が金属異物の析出電位以下である場合は、金属異物イオンは、図1(a)に示すように最短距離に位置する負極95の表面上に析出する。
金属異物99が負極95の表面上に析出した後は、新たな金属異物イオンは、図1(b)に示すように、その金属異物99の表面上に優先的に析出する。そのため、金属異物99の先端は、正極94へ近づき、最終的には図1(c)に示すように正極94の表面に接触する。これにより、内部短絡が発生する。
本発明者らは、上記考察をふまえて本発明を完成させた。以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、以下では、同一部材について同一の符号を付す場合がある。
本発明の実施形態では、非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を具体例に挙げ、その構成を説明する。図2は、本実施形態に係る非水電解質二次電池の縦断面図である。図3は、本実施形態における電極群の断面図である。
本実施形態に係る非水電解質二次電池は、図2に示すように、例えばステンレス鋼製の電池ケース1と、電池ケース1内に収容された電極群8とを備えている。また、電池ケース1内には、非水電解質が注入されている。
電池ケース1の上面には開口部1aが形成されている。開口部1aにはガスケット3を介して封口板2がかしめられており、これにより、開口部1aは封じられている。
電極群8は、正極4と負極5とセパレータ6とを有しており、図3に示すように正極4と負極5とがセパレータ6を介して渦巻き状に捲回されて構成されている。電極群8の上方には上部絶縁板7aが配置されており、電極群8の下方には下部絶縁板7bが配置されている。
正極4にはアルミニウム製の正極リード4Lの一端が取り付けられており、その正極リード4Lの他端は封口板2(正極端子を兼ねる)に接続されている。負極5にはニッケル製の負極リード5Lの一端が取り付けられており、その負極リード5Lの他端は電池ケース1(負極端子を兼ねる)に接続されている。
正極4は、図3に示すように、正極集電体4Aと正極合剤層4Bとを有している。正極集電体4Aは、導電性の板状部材であり、例えばアルミニウム製である。正極合剤層4Bは、正極集電体4Aの両面上に設けられ、正極活物質(リチウムとリチウム以外の金属(第1の金属)と酸素とを含む複合酸化物、例えばLiCoO2)と結着剤と導電剤等とを含んでいる。
負極5は、図3に示すように、負極集電体5Aと負極活物質層5Bとを有している。負極集電体5Aは、導電性の板状部材であり、例えば銅製である。負極活物質層5Bは、負極集電体5Aの両面上に設けられており、黒鉛材料と結着剤とを含んでいても良く、珪素、錫、珪素を含む化合物又は錫を含む化合物(以下では「金属又は金属を含む化合物」と記す)からなっても良い。
セパレータ6は、非水電解質を保持しており、図3に示すように正極4と負極5との間に設けられている。また、セパレータ6は、主体層6Aと第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとを有している。主体層6Aは、正極4の表面上に設けられている。主体層6Aは、高いイオン透過率を有しているとともに所定の機械的強度及び絶縁性を有しており、例えば、ポリプロピレン又はポリエチレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜、織布又は不織布である。第2の薄膜6Cは、負極5の表面上に設けられており、負極5の表面に接着されていることが好ましい。第1の薄膜6Bは、主体層6Aと第2の薄膜6Cとで挟まれており、主体層6Aと一体であることが好ましく、第2の薄膜6Cに接着されていることが好ましい。
このようなセパレータ6を有する電極群8は、次に示す何れかの方法に従って作製される。1つ目の方法では、第2の薄膜6C及び第1の薄膜6Bを順に負極5の表面上に形成し、その後、正極4の表面上に形成された主体層6Aと第1の薄膜6Bとを互いに接触させてから捲回する。2つ目の方法では、主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを順に正極4の表面上に形成し、その後、第2の薄膜6Cを負極5の表面に接触させてから捲回する。3つ目の方法では、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを順に担持体の表面(担持体の表面は離型処理されている)上に形成してから正極4の表面上の主体層6Aと負極5との間に配置し、その後、第1の薄膜6Bを担持体から剥離させるとともに第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを主体層6Aと負極5とで挟み、それから捲回する。
本実施形態におけるセパレータ6をさらに示す。主体層6Aは、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cのそれぞれよりも大きな膜厚を有している。主体層6Aの厚みは、例えば10μm以上300μm以下であり、10μm以上40μm以下であれば好ましく、15μm以上30μm以下であればさらに好ましく、15μm以上25μm以下であれば最も好ましい。第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計は、例えば0.01μm以上20μm以下であり、0.1μm以上15μm以下であれば好ましく、0.5μm以上10μm以下であればさらに好ましい。
主体層6Aの厚みが10μm未満であれば、十分な量の非水電解質を保持できない場合がある。また、正極4と負極5との接触を回避できない場合があり、そのため、内部短絡が発生する場合がある。一方、主体層6Aの厚みが300μmを超えると、電極群8におけるセパレータ6の占有割合が高くなるので、十分な量の活物質を電池ケース1内に充填できない場合がある。
第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が0.01μm未満であれば、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できない場合がある。一方、第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が20μmを超えると、セパレータ6における第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの占有割合が高くなるので、セパレータ6の機能低下を引き起こす場合がある。また、セパレータ6におけるリチウムイオンの拡散が抑制される場合があり、そのため、電池の性能低下を引き起こす場合がある。
別の言い方をすると、第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が主体層6Aの厚みの0.1%以上であれば良く、0.1%以上20%以下であれば好ましく、0.1%以上10%以下であればさらに好ましい。第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が主体層6Aの厚みの0.1%未満であれば、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できない場合がある。一方、第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が主体層6Aの厚みの20%を超えていれば、セパレータ6の機能低下を引き起こす場合がある。また、セパレータ6におけるリチウムイオンの拡散が抑制される場合があり、そのため、電池の性能低下を引き起こす場合がある。
さらに、本実施形態におけるセパレータ6では、主体層6Aと第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとでイオン透過率が互いに異なる。主体層6Aが最大のイオン透過率を有しており、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの順にイオン透過率が低下する。これにより、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できる。以下では、図4を参照しながら本実施形態におけるセパレータ6をさらに説明する。図4は、本実施形態において金属異物イオンがセパレータ6内を移動する様子を説明した断面図である。なお、図4では、説明の都合上、セパレータ6の膜厚を正極4及び負極5の各膜厚よりも大きく示しており、図4に示す正極4、負極5及びセパレータ6の膜厚の関係は、実際の非水電解質二次電池における正極4、負極5及びセパレータ6の膜厚の関係とは異なる。
正極合剤層4B内に混入された金属異物に着目すると、その金属異物は、正極4の浸漬電位下又は正極4の作動電位下において非水電解質中へ金属イオンとなって溶解し、例えば充電中に負極5へ向かって移動する。セパレータ6では、主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの順に正極4から負極5へ向かって配置されている。そのため、金属異物イオンは、主体層6Aを透過して第1の薄膜6Bへ到着する。第1の薄膜6Bは主体層6Aよりも低いイオン透過率を有しているので、第1の薄膜6Bへ到着した金属異物イオンの一部は第1の薄膜6Bを透過できずに第1の薄膜6B内に拡散する(図4の左側の金属異物イオン)。
第1の薄膜6Bを透過した金属異物イオンは、第2の薄膜6Cへ到着する。第2の薄膜6Cは第1の薄膜6Bよりもさらに低いイオン透過率を有しているので、第2の薄膜6Cへ到達した金属異物イオンは第2の薄膜6Cを透過することが難しく第2の薄膜6C内に拡散する(図4の右側の金属異物イオン)。これにより、金属異物イオンが負極5の表面へ到達することを遅延させることができる。
非水電解質二次電池の製造中に発生した金属異物又は摩耗により生じた金属異物は、正極4内に混入するとは限らず、例えば主体層6A内に混入する場合もある。金属異物がどの位置に混入している場合であっても、金属異物イオンは第1の薄膜6B又は第2の薄膜6C内に拡散する。よって、本実施形態では、金属異物の発生要因に関係なく内部短絡の発生を防止できる。
仮に第2の薄膜6Cを透過した金属異物イオンが負極5の表面に到達した場合であっても、その金属異物イオンの量を低く抑えることができる。よって、負極5の表面上に析出する金属異物の量を少なくすることができる。それだけでなく、第2の薄膜6Cを透過した金属異物イオンは、第1の薄膜6B内及び第2の薄膜6C内において若干拡散してから負極5の表面に到達する。よって、金属異物が負極5の表面に対して垂直な方向に析出することを防止できる。これらのことから、本実施形態では、金属異物が負極5の表面上に析出した場合であっても内部短絡の発生を防止できる。なお、電池の動作を司るリチウムイオンは、非水電解質中に金属異物イオンに比べ遙かに多く存在しているため、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cによる拡散抑制の影響及び負極5への到達遅延の影響を受けにくい。本発明者らは、本実施形態に係る非水電解質二次電池が電池の動作に問題ないことを確認している。第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの各構成をさらに説明する。
第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとでは、イオン透過率が相異なる。また、第1の薄膜6Bは、主体層6A及び第2の薄膜6Cの各表面に接着されていることが好ましく、第2の薄膜6Cは、負極5の表面に接着されていることが好ましい。これらのことから、第1の薄膜6Bは、イオン透過率を調整可能な材料と接着能を有する材料とを含んでいれば良い。第2の薄膜6Cは、イオン透過率を調整可能な材料と接着能を有する材料とを含んでいても良く、接着能を有する材料からなっても良い。
イオン透過率を調整可能な材料としては、例えば、ヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropylene,以下では「HFP」と記す。)を挙げることができる。HFPは、ポリフッ化ビニリデン(poly(vinylidene fluoride),以下では「PVDF」と記す。)等に比べて柔軟性に優れているので、電解液を取り込んで膨潤する。そのため、HFPは、非水電解質との親和性に優れ、よって、膜中におけるHFPの濃度を高くすればその膜のイオン透過率を高くすることができる。従って、第1の薄膜6BにおけるHFP濃度が第2の薄膜6CにおけるHFP濃度よりも高ければ良い。例えば、第1の薄膜6BにおけるHFP濃度は2質量%以上30質量%以下であり、第2の薄膜6CにおけるHFP濃度は0質量%以上20質量%以下である。第1の薄膜6BにおけるHFP濃度が2質量%未満であれば、また、第2の薄膜6CにおけるHFP濃度が20質量%を超えていれば、第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとでイオン透過率に差を付けることが難しい。一方、第1の薄膜6BにおけるHFP濃度が30質量%を超えていれば、第1の薄膜6Bが非水電解質を膨潤し易くなるので、主体層6A及び第2の薄膜6Cと第1の薄膜6Bとの接着強度の低下を引き起こす。
接着能を有する材料としては、例えば、PVDF、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド樹脂、ポリアミド及びポリイミドが知られているが、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6CがPVDFを含んでいることが好ましい。その理由としては以下の3つを挙げることができる。
PVDFは、接着力に優れている。よって、電極群8の作製中に、第1の薄膜6Bが主体層6Aの表面又は第2の薄膜6Cの表面から剥離することを防止でき、第2の薄膜6Cが第1の薄膜6Bの表面又は負極5の表面から剥離することを防止できる。
また、PVDFは、柔軟性に優れている。よって、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cのそれぞれは、負極活物質の膨張又は収縮に追随して変形する。従って、性能及び安全性の低下を伴うことなく非水電解質二次電池を充放電でき、また、サイクル特性の低下を防止できる。この効果は、金属又は金属を含む化合物を負極活物質に用いた場合に、大きくなる。なぜならば、負極活物質を金属又は金属を含む化合物とすると、負極活物質が炭素材料である場合に比べて充放電に起因する負極活物質の膨張量及び収縮量が大きくなり、その結果、負極活物質の膨張及び収縮に起因する第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの変形量が大きくなるからである。
PVDFは、非水電解質二次電池が動作する電圧範囲において電気的に安定であり、非水電解質と反応しない。
以上のことから、第1の薄膜6Bは、2質量%以上30質量%以下のHFPとPVDFとを含んでいることが好ましく、例えば2質量%以上30質量%以下のHFPとVDFとの共重合体からなれば良い。第1の薄膜6Bがこの共重合体からなれば、VDFの柔軟性を高めることができる。よって、第1の薄膜6Bは2質量%以上30質量%以下のHFPとVDFとの共重合体からなることが好ましい。
第2の薄膜6Cは、0質量%以上20質量%以下のHFPとPVDFとを含んでいることが好ましく、例えば20質量%以下(0質量%を含まない)のHFPとVDFとの共重合体からなっても良いしPVDFからなっても良い。第2の薄膜6Cがこの共重合体からなれば、VDFの柔軟性を高めることができる。よって、第2の薄膜6Cは20質量%以下(0質量%を含まない)のHFPとVDFとの共重合体からなることが好ましい。
第2の薄膜6Cについてさらに示す。第2の薄膜6Cは、第1の薄膜6Bよりも少ないHFPを有しているので、第1の薄膜6Bよりも多くの接着材料を有している。よって、第2の薄膜6Cは第1の薄膜6Bよりも接着性に優れるので、第2の薄膜6Cを介して第1の薄膜6Bを負極5の表面に接着できる。このように、第2の薄膜6Cは、第1の薄膜6Bよりも金属異物イオンを拡散させ難いという機能以外に、第1の薄膜6Bを負極5に接着させるという機能も有している。
以上説明したように、本実施形態では、セパレータ6が第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを有している。よって、金属異物イオンは第1の薄膜6B又は第2の薄膜6C内に拡散するので、金属異物イオンが負極5の表面へ到達することを防止できる。また、仮に金属異物イオンが負極5の表面上に到達したとしても、金属異物は、負極5の表面に対して略平行な方向に析出する。よって、金属異物が負極5のある一箇所に集中して析出されることを防止できるので、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止でき、従って、安全性に優れた非水電解質二次電池を提供できる。
さらに、本実施形態では、正極4から負極5へ向かって主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの順に配置されている。よって、イオン透過率が最も大きい膜(主体層6A)を透過した金属異物イオンを、イオン透過率が中程度の膜(第1の薄膜6B)内に拡散させることができる。また、イオン透過率が中程度の膜(第1の薄膜6B)を透過した金属異物イオンを、イオン透過率が最も低い膜(第2の薄膜6C)内に拡散させることができる。よって、金属異物イオンを第1の薄膜6B又は第2の薄膜6Cに効率良く拡散させることができる。
本実施形態では、第1の薄膜6Bは、第2の薄膜6Cを介して負極5の表面に接着されており、主体層6Aと一体である。よって、正極4から負極5へ向かうにつれてイオン透過率が段階的に低下するという効果を十分に発揮できる。また、電極群8の製造歩留まりの低下を防止できる。
本実施形態では、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cのそれぞれは、負極活物質の膨張又は収縮に追随して変形する。よって、充放電中に性能及び安全性が低下することを防止でき、また、サイクル特性の低下を防止できる。
本実施形態では、第1の薄膜6Bの膜厚及び第2の薄膜6Cの膜厚の合計は主体層6Aの膜厚に比べて非常に小さい。そのため、本実施形態では、リチウムイオンの拡散が確保されるため、電池性能を確保できる。
電極群を形成する前にリチウムが負極に添加されている場合に本実施形態におけるセパレータ6を用いれば、大きな効果を得ることができる。以下に具体的に示す。
非水電解質二次電池は、一般に、初回充電時の容量に比べて初回放電時の容量が低い(不可逆容量が大きい)という課題を有している。これは、初回充電時に、負極活物質である炭素材料又は金属若しくは金属を含む化合物に皮膜形成などの不可逆な反応が生じるためである。この課題を解消するために、電極群を形成する前にリチウムを負極に添加するという技術が提案されている(例えば、特開2005−085633号公報)。
しかし、上記技術を用いて非水電解質二次電池を作製すると、非水電解質を電池ケース内に注入した直後から電位差が正極と負極との間に発生する。そのため、非水電解質を電池ケース内に注入した直後から、正極中の金属異物が非水電解質へ溶解して負極の表面上に析出する。よって、上記技術を用いることなく非水電解質二次電池を作製した場合に比べて、金属異物の混入に起因する内部短絡が発生し易い。例えば、金属異物の混入量がそれほど多くない場合であっても、内部短絡の発生を引き起こす。
ところが、本実施形態におけるセパレータ6を用いると、正極4中の金属異物は非水電解質へ溶解してから第1の薄膜6B又は第2の薄膜6C内に拡散するので、正極4中の金属異物が負極5の表面上に析出することを防止できる。よって、本実施形態では、非水電解質を電池ケース内に注入した直後から金属異物の溶解が開始する場合であっても、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できる。
不可逆容量が大きいという課題を解消するためには、非水電解質二次電池がx/y>1.05を満たしていれば良い。ここで、xは正極及び負極に含まれるリチウムの総モル数であり、yは正極活物質における第1の金属(例えば、正極活物質がLiCoO2である場合には第1の金属はCoである)の総モル数であり、x及びyは例えばICP(inductively coupled plasma)分析法により求められる。正極活物質では、通常、リチウムと第1の金属とのモル数比は1:1〜1.02である。そのため、x/y>1.05を満たしていれば、電極群を形成する前にリチウムが負極に添加されていることになる。
x/yが大きければ大きいほど、不可逆容量が大きいという課題を解消できる。しかし、x/yが大きすぎると、負極5中に留まるリチウム(充放電に寄与しないリチウム)が多くなるので、負極5の熱安定性が低下する場合がある。また、リチウムが負極活物質中に入ると、負極活物質が膨張するので、負極5の膨張を引き起こす。負極5が膨張した状態では、非水電解質の入出能力の低下を引き起こすので、サイクル特性が低下する場合がある。これらのことから、1.05<x/y≦1.50であることが好ましく、1.05<x/y≦1.25であればさらに好ましい。
電極群を形成する前にリチウムを負極に添加する方法としては、リチウムを負極活物質層5Bの表面上に蒸着させても良いし、リチウムを負極集電体5A又は負極活物質層5Bの一部分に接触させても良い(例えば、リチウム膜を負極活物質層5Bの表面に接着させる、又は、リチウム膜を負極集電体のうち負極活物質層が形成されていない部分に溶接する)。
ところで、昨今、非水電解質二次電池の高容量化が要求されている。この要求に応えるために、炭素材料ではなく金属又は金属を含む化合物を負極活物質として用いることが提案されている。しかし、負極活物質を金属又は金属を含む化合物とすると、負極活物質が炭素材料である場合に比べて不可逆容量が大きくなる。よって、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止するという効果は、電極群を形成する前にリチウムが負極に添加されており、且つ、負極活物質が金属又は金属を含む化合物である場合に、非常に大きくなる。
なお、本実施形態では、以下に示す構成を有していても良い。
セパレータ6における主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの配置は、図3に示す配置に限定されず、以下に示す配置であっても良い。第1の配置では、第1の薄膜6Bが正極4の表面上に設けられており、第2の薄膜6Cが負極5の表面上に設けられており、主体層6Aが第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとで挟まれている。しかし、この配置では、イオン透過率を正極4から負極5に向かうにつれて段階的に減少させることができない。そのため、金属異物イオンを第1の薄膜6B又は第2の薄膜6Cに効率良く拡散させることができない場合がある。
第2の配置では、図3に示す配置において第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとが互いに逆に配置されており、第3の配置では、第1の配置において第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとが互いに逆に配置されている。しかし、第2及び第3の配置では、第1の薄膜6Bは第2の薄膜6Cを介することなく負極5の表面上に直接設けられている。そのため、第1の薄膜6Bと負極5との接着強度を確保できない場合がある。
第4の配置では、主体層6Aが負極5の表面上に設けられており、第1の薄膜6Bが正極4の表面上に設けられており、第2の薄膜6Cが主体層6Aと第1の薄膜6Bとで挟まれている。また、第5の配置では、第4の配置において第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとが互いに逆に配置されている。しかし、第4及び第5の配置では、負極5の表面上には第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cではなく主体層6Aが設けられている。そのため、金属異物イオンが負極5の表面上に析出する場合があり、負極5の表面上に析出した金属異物が図1(c)に示すように正極4へ達する場合がある。
以上のことから、第1〜第5の配置よりも図3に示す配置の方が好ましい。しかし、第1〜第5の配置では、セパレータが第1の薄膜及び第2の薄膜を有していない場合に比べて、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できる。よって、第1〜第5の配置でも、本実施形態における効果をある程度得ることができる。
セパレータ6は、第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとを有していることが好ましい。セパレータが第2の薄膜6Cを有していなければ、金属異物イオンが負極5の表面に到達する場合があり、そのため、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できない場合がある。また、第1の薄膜6Bを負極5等に接着することが難しいので、電極群8の製造歩留まりの低下を引き起こす場合があり、負極活物質の膨張及び収縮に起因して第1の薄膜6Bが負極5等から剥離する場合がある。また、セパレータ6が第1の薄膜6Bを有していなければ、金属異物イオンの拡散が十分に行われない場合があり、そのために金属異物の析出がある一箇所で集中的に発生して短絡に至るという不具合を引き起こす場合がある。
セパレータ6は、3つ以上の薄膜を有していても良い。この場合、3つ以上の薄膜は、上記理由から、正極4から負極5へ向かうにつれてイオン透過率が小さくなるように配置されていることが好ましい。しかし、薄膜の数が多くなりすぎると、セパレータ6における薄膜の占有率が高くなるので、セパレータ6の機能低下を引き起こす。また、薄膜の総厚みを変えることなく薄膜の数を多くすると、各薄膜の厚みが非常に薄くなるので、各薄膜を形成し難い。これらを考慮して薄膜の数を決定すれば良い。なお、薄膜の総厚みを変えることなく薄膜の数を多くすると、薄膜同士の境界を確認できない場合がある。
セパレータ6が2つの薄膜を有している場合、第1の薄膜6Bの膜厚は、第2の薄膜6Cの膜厚と略同一であっても良いし(例えば第1の薄膜6Bの膜厚が第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計に対して40%以上60%以下)、第2の薄膜6Cの膜厚よりも非常に薄くても良いし、第2の薄膜6Cの膜厚よりも非常に分厚くても良い。何れの場合であっても本実施形態における効果を得ることができる。しかし、第1の薄膜6Bの膜厚が第2の薄膜6Cの膜厚と略同一であれば、第1の薄膜6Bが奏する効果と第2の薄膜6Cが奏する効果との両方をバランス良く得ることができる。よって、第1の薄膜6Bの膜厚は第2の薄膜6Cの膜厚と略同一であることが好ましい。
電極群8は、正極4と負極5とがセパレータ6を介して積層されて形成されていても良い。
非水電解質二次電池は、正極リード4Lの代わりに正極集電板を備えていても良く、負極リード5Lの代わりに負極集電板を備えていても良い。集電板を用いて集電すれば、リードを用いて集電する場合に比べて集電時の抵抗を下げることができるので、非水電解質二次電池の高出力化を図ることができる。
非水電解質二次電池は、電池ケース1の代わりにラミネートフィルムを備えていても良い。電極群8がラミネートフィルムで包まれていれば、電極群8が金属からなる電池ケース1内に収容されている場合に比べて金属ケース由来の金属異物の量を減らすことができ、よって、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できるという効果に貢献できる。
以下には、正極4及び負極5のそれぞれの構成、材料及び作製方法、セパレータ6の主体層6Aの構成、非水電解質の材料、並びに、非水電解質二次電池の作製方法を示す。
−正極−
正極集電体4Aは、アルミニウムからなっても良く、アルミニウムを主剤とする導電性材料からなっても良い。正極集電体4Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
正極集電体4Aは、アルミニウムからなっても良く、アルミニウムを主剤とする導電性材料からなっても良い。正極集電体4Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
正極集電体4Aの厚みは、1μm以上500μm以下であることが好ましく、10μm以上20μm以下であればさらに好ましい。これにより、正極4の強度を保持しながら正極4を軽量化できる。
正極活物質は、リチウムと第1の金属と酸素とを含む複合酸化物であり、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiCoNiO2、LiCo1−zMzO2、LiNi1−zMzO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiMnMO4、LiMePO4又はLi2MePO4Fである。Mは、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb及びBのうちの少なくとも1つである。Meは、Fe、Mn、Co及びNiから選択される少なくとも1種である。zは0よりも大きく1以下である。このように複合酸化物には、リン酸化合物も含まれる。正極活物質は、上記複合酸化物の一部の元素が他の元素で置換されたものであっても良い。また、正極活物質は金属酸化物、リチウム酸化物又は導電剤等で表面処理された複合酸化物であっても良く、表面処理は例えば疎水化処理である。
正極活物質の平均粒子径は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。正極活物質の平均粒子径が5μm未満であると、活物質粒子の表面積が極めて大きくなるので、極板中に活物質を固定するために必要な結着剤の量が多くなる。そのため、極板あたりの正極活物質量の減少を招来するため、容量低下を引き起こす場合がある。一方、正極活物質の平均粒子径が20μmを超えると、正極集電体4Aに正極合剤スラリーを塗工したときにスジがスラリー層の表面に発生する場合がある。よって、正極活物質の平均粒子径は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。
結着剤は、例えばPVDF、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム又はカルボキシメチルセルロース等である。又は、結着剤は、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸及びヘキサジエンから選択された2種以上の材料からなる共重合体又は混合物である。
上記列挙した材料の中でもPVDF及びその誘導体は、非水電解質二次電池内において化学的に安定であり、正極集電体4Aと正極活物質又は導電剤とを十分に結着させることができ、さらには、正極活物質と導電剤とを十分に結着させることができる。よって、結着剤としてPVDF又はその誘導体を使用すると、サイクル特性及び放電性能に優れた非水電解質二次電池を提供できる。それだけでなく、PVDF及びその誘導体は安価であるため、結着剤としてPVDF又はその誘導体を使用すれば非水電解質二次電池の製造コストを抑えることができる。以上のことから、結着剤としてPVDF又はその誘導体を用いることが好ましい。なお、結着剤としてPVDFを用いる場合には、PVDFがNメチルピロリドンに溶解された溶液を用いて正極合剤スラリーを調製しても良く、粉末状のPVDFを正極合剤スラリー中に溶解させても良い。
導電剤は、例えば、天然黒鉛又は人造黒鉛等のグラファイト類であっても良いし、アセチレンブラック(AB:acetylene black)又はケッチェンブラック等のカーボンブラック類であっても良いし、炭素繊維又は金属繊維等の導電性繊維類であっても良いし、フッ化カーボンであっても良いし、アルミニウム等の金属粉末類であっても良いし、酸化亜鉛又はチタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類であっても良いし、酸化チタン等の導電性金属酸化物であっても良いし、フェニレン誘導体等の有機導電性材料であっても良い。
このような正極4の作製方法を示す。まず、正極活物質、結着剤及び導電剤を液状成分に混合して正極合剤スラリーを調製する。このとき、正極合剤スラリーは、正極活物質に対して3.0vol%以上6.0vol%以下の結着剤を含んでいれば良い。次に、得られた正極合剤スラリーを正極集電体4Aの両表面上に塗布して乾燥させ、得られた正極板を圧延する。これにより、所定の厚みを有する正極が作製される。
−負極−
負極集電体5Aは、ステンレス鋼、ニッケル又は銅等からなることが好ましい。負極集電体5Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
負極集電体5Aは、ステンレス鋼、ニッケル又は銅等からなることが好ましい。負極集電体5Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
負極集電体5Aの厚みは、1μm以上500μm以下であることが好ましく、10μm以上20μm以下であればさらに好ましい。これにより、負極5の強度を保持しながら負極5を軽量化できる。
負極活物質は、例えば、炭素材料、金属、金属繊維、酸化物、窒化物、珪素化合物、錫化合物又は各種合金材料等が挙げられる。炭素材料は、例えば、各種天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛又は非晶質炭素である。珪素化合物は、SiOx(但し0.05<x<1.95)であっても良いし、Siの一部をB、Mg、Ni、Ti、Mo、Co、Ca、Cr、Cu、Fe、Mn、Nb、Ta、V、W、Zn、C、N及びSnからなる元素群から選択された少なくとも1種以上の元素で置換した珪素合金であっても良いし、珪素固溶体であっても良い。また、錫化合物は、例えば、Ni2Sn4、Mg2Sn、SnOx(但し0<x<2)、SnO2又はSnSiO3であれば良い。負極活物質は、上記列挙した材料のうち2種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
このような負極5の作製方法を示す。負極活物質として炭素材料を用いる場合には、まず、負極活物質(炭素材料)及び結着剤を液状成分に混合させて負極合剤スラリーを調製する。次に、得られた負極合剤スラリーを負極集電体5Aの両表面上に塗布して乾燥させ、得られた負極板を圧延する。これにより、所定の厚みを有する負極5が作製される。
負極活物質として金属又は金属を含む化合物を用いる場合には、負極集電体5Aの両表面上に負極活物質を蒸着させれば良い。
負極5には、不可逆容量を補填するためのリチウムが予め設けられていても良い。
−セパレータ−
セパレータ6の構成は、上記実施形態1で示した通りである。なお、主体層6Aは、次に示す構成であっても良い。
セパレータ6の構成は、上記実施形態1で示した通りである。なお、主体層6Aは、次に示す構成であっても良い。
主体層6Aは、絶縁性粒子(例えば金属酸化物又は金属硫化物)が互いに結着されたもの(多孔性絶縁膜)であっても良いし、ポリオレフィンからなる微多孔薄膜、織布又は不織布と多孔性絶縁膜との両方を有していても良い。絶縁性粒子は、絶縁性に優れ且つ高温下でも耐変形性を有するものが好ましく、多孔性絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム又は酸化チタン等の酸化物からなる絶縁体の微粉末が極板上に塗布されたものであることが好ましい。主体層6Aとしてポリオレフィンからなる微多孔薄膜、織布又は不織布を用いれば、主体層6Aはシャットダウン機能を有するので、非水電解質二次電池の温度上昇を抑制できる。一方、主体層6Aとして多孔性絶縁膜を用いれば、非水電解質二次電池の温度が非常に高くなった場合であっても(例えば200℃以上)主体層6Aの収縮を防止できるので、内部短絡の発生を防止できる。非水電解質二次電池の用途等によって主体層6Aの構成を選択すれば良い。
主体層6Aとして微多孔薄膜を用いる場合には、主体層6Aは、1種の材料からなる単層膜であっても良いし、2種以上の材料からなる複合膜であっても良いし、互いに異なる材料からなる2層以上の膜が積層された多層膜であっても良い。
主体層6Aは、30%以上70%以下の空孔率を有していれば好ましく、35%以上60%以下の空孔率を有していればさらに好ましい。空孔率は、主体層6Aの全体積に対する孔の体積の比率である。
−非水電解質−
非水電解質は、液状非水電解質であっても良く、ゲル状非水電解質であっても良く、固体状非水電解質であっても良い。
非水電解質は、液状非水電解質であっても良く、ゲル状非水電解質であっても良く、固体状非水電解質であっても良い。
液状非水電解質(非水電解液,後述)では、電解質(例えばリチウム塩)が非水溶媒に溶解している。
ゲル状非水電解質では、非水電解質が高分子材料に保持されている。高分子材料は、例えばPVDF、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、又は、ポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン等である。
固体状非水電解質は、高分子固体電解質を含んでいる。
以下では、非水電解液について示す。
非水溶媒には、公知の非水溶媒を使用でき、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル又は環状カルボン酸エステル等を使用できる。環状炭酸エステルは、例えば、プロピレンカーボネート(PC;propylene carbonate)又はエチレンカーボネート(EC;ethylene carbonate)である。鎖状炭酸エステルは、例えば、ジエチルカーボネート(DEC;diethyl carbonate)、エチルメチルカーボネート(EMC;ethylmethyl carbonate)又はジメチルカーボネート(DMC;dimethyl carbonate)である。環状カルボン酸エステルは、例えば、γ−ブチロラクトン(GBL;gamma-butyrolactone)又はγ−バレロラクトン(GVL;gamma-valerolactone)である。非水溶媒は、上記に列挙された非水溶媒のうち1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
電解質は、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、又はイミド塩類である。ホウ酸塩類は、例えば、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、又はビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウムである。また、イミド塩類は、例えば、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム((CF3SO2)2NLi)、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム(LiN(CF3SO2)(C4F9SO2))、又は、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム((C2F5SO2)2NLi)である。電解質としては、上記に列挙された電解質のうち1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
電解質の濃度は、0.5mol/m3以上2mol/m3以下であることが好ましい。
非水電解液は、上記非水溶媒及び上記電解質以外に、次に示す添加剤を含んでいても良い。この添加剤は負極活物質層の表面上で分解され、これにより、リチウムイオン伝導性の高い被膜が負極活物質層の表面上に形成される。よって、非水電解質二次電池の充放電効率を高めることができる。このような機能を持つ添加剤は、例えば、ビニレンカーボネート(VC;vinylene carbonate)、4−メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、4−エチルビニレンカーボネート、4,5−ジエチルビニレンカーボネート、4−プロピルビニレンカーボネート、4,5−ジプロピルビニレンカーボネート、4−フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート(VEC;vinyl ethylene carbonate)、又はジビニルエチレンカーボネートである。添加剤としては、上記に列挙された材料のうちの1種類を単独で用いても良く、上記に列挙された材料のうちの2種以上を組み合わせて用いても良い。添加剤として、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート及びジビニルエチレンカーボネートよりなる群から選択された少なくとも1種を用いることが好ましい。なお、添加剤は、上記に列挙された材料の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたものであっても良い。
また、非水電解液は、上記非水溶媒及び上記電解質以外に、ベンゼン誘導体を含んでいても良い。ベンゼン誘導体は、フェニル基を有するものが好ましく、また、互いに隣り合う位置に結合されたフェニル基及び環状化合物基を有するものが好ましい。ここでベンゼン誘導体は、例えば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、又はジフェニルエーテルである。また、上記環状化合物基は、例えば、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、又はフェノキシ基である。ベンゼン誘導体には、上記に列挙された材料のうち1種を単独で用いても良く、上記に列挙された材料のうち2種以上を組み合わせて用いても良い。なお、非水溶媒は10vol%以下のベンゼン誘導体を含んでいれば良い。非水電解液がこのようなベンゼン誘導体を含んでいると、過充電時には、ベンゼン誘導体が分解されて被膜が電極の表面上に形成され、よって、非水電解質二次電池を不活性化させることができる。
非水電解質二次電池の作製方法を示す。まず、正極集電体4Aのうち正極合剤層4Bが設けられていない部分に正極リード4Lを接続し、負極集電体5Aのうち負極活物質層5Bが設けられていない部分に負極リード5Lを接続する。次に、セパレータ6を介して正極4と負極5とを捲回して、電極群8を作製する。このとき、正極リード4Lと負極リード5Lとが互いに逆向きに延びていることを確認する。続いて、電極群8の上端に上部絶縁板7aを配置し、電極群8の下端に下部絶縁板7bを配置する。それから、負極リード5Lを電池ケース1に接続し、正極リード4Lを封口板2に接続して、電極群8を電池ケース1内に収納する。その後、減圧方式により、電池ケース1内に非水電解液を注入する。そして、電池ケース1の開口部1aを、ガスケット3を介して封口板2で封止する。
以下では、本発明の実施例を示す。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されない。
〔実施例1〕
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池1)
−正極の作製−
まず、平均粒子径が10μmのLiNi0.82Co0.15Al0.03O2(正極活物質)を準備した。
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池1)
−正極の作製−
まず、平均粒子径が10μmのLiNi0.82Co0.15Al0.03O2(正極活物質)を準備した。
次に、100質量部のLiNi0.82Co0.15Al0.03O2に、4.5質量部のアセチレンブラック(導電剤)と、4.7質量部のPVDF(結着剤)がN−メチルピロリドン(NMP,NMPはN-methylpyrrolidoneの略語)の溶剤に溶解された溶液とを混合した。これにより、正極合剤スラリーが得られた。
この正極合剤スラリーを厚さが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面上に塗布して乾燥させ、得られた極板を圧延した。これにより、厚さが0.157mmの正極板が得られた。この正極板を幅57mm、長さ564mmに裁断して、正極を得た。
−負極の作製−
まず、真空蒸着法により、シリコンを、厚さが18μmであり両面に粗面化加工が施された銅箔(負極集電体)の各表面上に蒸着させた。このとき、真空蒸着機の中に酸素を25sccm導入しつつ真空蒸着機の内部の真空度を1.5x10−3Paとした。これにより、銅箔の各表面上には、厚さが10μmであるシリコン含有膜が形成された。燃焼法による酸素量の測定とICP分析によるシリコン量の測定とから、このシリコン含有膜に含まれる活物質の組成はSiO0.42であることが分かった。
まず、真空蒸着法により、シリコンを、厚さが18μmであり両面に粗面化加工が施された銅箔(負極集電体)の各表面上に蒸着させた。このとき、真空蒸着機の中に酸素を25sccm導入しつつ真空蒸着機の内部の真空度を1.5x10−3Paとした。これにより、銅箔の各表面上には、厚さが10μmであるシリコン含有膜が形成された。燃焼法による酸素量の測定とICP分析によるシリコン量の測定とから、このシリコン含有膜に含まれる活物質の組成はSiO0.42であることが分かった。
次に、真空蒸着法により、リチウムをシリコン含有膜の各表面上に蒸着させた。これにより、シリコン含有膜の各表面上には、密度が3.2g/m2であるリチウム膜(リチウムの密度をリチウム膜の膜厚で換算すると、膜厚が6μmであるリチウム膜)が形成された。その後、露点が−30℃以下であるドライエア環境下で負極板を取り扱った。
続いて、負極板の片面上に、VDF:HFP=97:3(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度8質量%)を塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmであるポリマー層(第2の薄膜,以下では「負極側ポリマー層」と記す。)が形成された。その後、負極側ポリマー層上に、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmであるポリマー層(第1の薄膜,以下では「主体層側ポリマー層」)が形成された。その後、この2つのポリマー層が形成された負極板を幅58.5mm、長さ750mmに裁断して、負極を得た。
−非水電解液の調製−
体積比が1:3となるように混合されたエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなる混合溶媒を用意した。この混合溶媒に、5wt%のビニレンカーボネート(電池の充放電効率を高める添加剤)を添加すると共に、モル濃度(混合溶媒に対するモル濃度)が1.4mol/m3となるようにLiPF6(電解質)を溶解させた。このようにして、非水電解液を得た。
体積比が1:3となるように混合されたエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなる混合溶媒を用意した。この混合溶媒に、5wt%のビニレンカーボネート(電池の充放電効率を高める添加剤)を添加すると共に、モル濃度(混合溶媒に対するモル濃度)が1.4mol/m3となるようにLiPF6(電解質)を溶解させた。このようにして、非水電解液を得た。
−円筒型電池の作製−
まず、正極集電体にアルミニウム製の正極リードを接続し、負極集電体にニッケル製の負極リードを接続した。その後、正極リードと負極リードとが互いに逆向きに延びるように正極と負極とを配置し、且つ、ポリエチレン膜(主体層,厚み20μm)を正極と主体層側ポリマー層とで挟んだ状態で、正極、負極、ポリエチレン膜とを捲回した。これにより、電極群が作製された。この電極群の正極及び負極に含まれるリチウムの総モル数をICP分析より求めたところ、正極に含まれるNi、Co及びAlの総モル数を1とした場合、リチウムの総モル数は1.13であった。
まず、正極集電体にアルミニウム製の正極リードを接続し、負極集電体にニッケル製の負極リードを接続した。その後、正極リードと負極リードとが互いに逆向きに延びるように正極と負極とを配置し、且つ、ポリエチレン膜(主体層,厚み20μm)を正極と主体層側ポリマー層とで挟んだ状態で、正極、負極、ポリエチレン膜とを捲回した。これにより、電極群が作製された。この電極群の正極及び負極に含まれるリチウムの総モル数をICP分析より求めたところ、正極に含まれるNi、Co及びAlの総モル数を1とした場合、リチウムの総モル数は1.13であった。
次に、電極群の上端に上部絶縁膜を配置し、その下端に下部絶縁板を配置した。その後、負極リードを電池ケースに溶接するとともに正極リードを封口板に溶接して、電極群を電池ケース内に収納した。その後、減圧方式により、非水電解液を電池ケース内に注入した。それから、ガスケットを介して封口板を電池ケースの開口端にかしめた。このようにして電池1が作製された。
(電池2)
主体層側ポリマー層の構成を除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池2を作製した。具体的には、負極側ポリマー層の上に、VDF:HFP=85:15(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を塗布して乾燥させた。
主体層側ポリマー層の構成を除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池2を作製した。具体的には、負極側ポリマー層の上に、VDF:HFP=85:15(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を塗布して乾燥させた。
(電池3)
負極側ポリマー層の厚みを3μmとし主体層側ポリマー層の厚みを5μmとしたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池3を作製した。
負極側ポリマー層の厚みを3μmとし主体層側ポリマー層の厚みを5μmとしたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池3を作製した。
(電池4)
負極側ポリマー層をPVDF膜としたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池4を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。
負極側ポリマー層をPVDF膜としたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池4を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。
(電池5)
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池5を作製した。
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池5を作製した。
(電池6)
一層のポリマー層のみを負極板の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池6を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
一層のポリマー層のみを負極板の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池6を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
(電池7)
一層のポリマー層のみを負極の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池7を作製した。具体的には、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
一層のポリマー層のみを負極の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池7を作製した。具体的には、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
2.評価方法
内部短絡が発生している電池の電池電圧は、内部短絡が発生していない電池の電池電圧よりも低い。実施例1の電池の電圧は、約2.8Vである。そのため、実施例1では、測定された電池電圧が2.6Vよりも低くなった場合を不良と判断し、不良な電池の個数(母数は50個)を数えた。
内部短絡が発生している電池の電池電圧は、内部短絡が発生していない電池の電池電圧よりも低い。実施例1の電池の電圧は、約2.8Vである。そのため、実施例1では、測定された電池電圧が2.6Vよりも低くなった場合を不良と判断し、不良な電池の個数(母数は50個)を数えた。
具体的には、電池1〜7のそれぞれを作製してから48時間後に電池電圧を測定し、内部短絡が発生している電池の個数を数えた。この結果を図5における組立後48時間後の不良率に記す。
また、電池1〜7のそれぞれに対して充放電を500サイクル実施してから電池電圧を測定し、内部短絡が発生している電池の個数を数えた。1サイクルは、45℃の環境下、1.4Aの定電流で電圧が4.15Vになるまで充電を行い、4.15Vの定電圧で電流が50mAになるまで充電を行った後、2.8Aの定電流で電圧が2.0Vに至るまで放電を行うという一連の作業である。なお、充電と放電との間及び放電と充電との間にはどちらも、30分間の休止を設けた。この結果を図5における500サイクル後の不良率に記す。
〔実施例2〕
実施例2では、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層をポリエチレン膜の片面上に固定してセパレータを作製した。
実施例2では、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層をポリエチレン膜の片面上に固定してセパレータを作製した。
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池8)
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の構成と負極の作製方法と負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の作製方法とを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池8を作製した。
(電池8)
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の構成と負極の作製方法と負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の作製方法とを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池8を作製した。
−負極の作製−
具体的には、上記電池1の「−負極の作製−」に従って真空蒸着法によりリチウムをシリコン含有膜の各表面上に蒸着させてから、この極板を幅58.5mm、長さ750mmに裁断した。このようにして、負極を得た。
具体的には、上記電池1の「−負極の作製−」に従って真空蒸着法によりリチウムをシリコン含有膜の各表面上に蒸着させてから、この極板を幅58.5mm、長さ750mmに裁断した。このようにして、負極を得た。
−セパレータの作製−
ポリエチレン膜(厚みが20μm)をN−メチル−2−ピロリドン中に浸漬させた。その後、VDF:HFP=95:5(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN−メチル−2−ピロリドン溶液(濃度3質量%)をポリエチレン膜の片面上に塗布し、ポリエチレン膜とともに乾燥させた。これにより、主体層側ポリマーがポリエチレン膜の片面上に形成された。なお、ポリエチレン膜の厚みと主体層側ポリマーの厚みとの合計は21μmであった。
ポリエチレン膜(厚みが20μm)をN−メチル−2−ピロリドン中に浸漬させた。その後、VDF:HFP=95:5(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN−メチル−2−ピロリドン溶液(濃度3質量%)をポリエチレン膜の片面上に塗布し、ポリエチレン膜とともに乾燥させた。これにより、主体層側ポリマーがポリエチレン膜の片面上に形成された。なお、ポリエチレン膜の厚みと主体層側ポリマーの厚みとの合計は21μmであった。
続いて、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を主体層側ポリマー層上に塗布してから乾燥させた。乾燥後の厚みは22μmであった。
(電池9)
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各構成を除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池9を作製した。
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各構成を除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池9を作製した。
具体的には、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)をポリエチレン膜の片面上に塗布して乾燥させた。乾燥後の厚みは20μmであった。乾燥後にポリエチレン膜の断面を観察すると、上記ポリマーがポリエチレン膜の片面に染みこんでいることが分かった。
次に、VDF:HFP=95:5(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN−メチル−2−ピロリドン溶液(濃度3質量%)を主体層側ポリマー層の表面上に塗布してから乾燥させた。乾燥後の厚みは平均21μmであった。
(電池10)
主体層側ポリマー層のみをポリエチレン膜の片面上に形成することを除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池10を作製した。
主体層側ポリマー層のみをポリエチレン膜の片面上に形成することを除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池10を作製した。
2.評価方法
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池8〜10を評価した。その評価結果を図6に示す。
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池8〜10を評価した。その評価結果を図6に示す。
〔実施例3〕
実施例3では、負極活物質として黒鉛を用いた。
実施例3では、負極活物質として黒鉛を用いた。
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池11)
負極活物質として黒鉛を用いたことを除いては電池2と同様の方法に従って、電池11を作製した。
(電池11)
負極活物質として黒鉛を用いたことを除いては電池2と同様の方法に従って、電池11を作製した。
−負極の作製−
まず、鱗片状人造黒鉛(負極活物質)を粉砕して、平均粒子径が約20μmになるように分級した。
まず、鱗片状人造黒鉛(負極活物質)を粉砕して、平均粒子径が約20μmになるように分級した。
次に、100質量部の鱗片状人造黒鉛に、3質量部のスチレンブタジエンゴム(結着剤)とカルボキシメチルセルロースを1質量%含む水溶液100質量部とを加えて混合した。これにより、負極合剤スラリーを得た。
続いて、この負極合剤スラリーを厚さ8μmの銅箔(負極集電体)の両面上に塗布して乾燥させ、得られた極板を圧延した。これにより、厚みが0.156mmの負極板が得られた。この負極板に対し、190℃の下、8時間、窒素雰囲気中にて、熱風により熱処理を施した。熱処理後の負極板を裁断して、厚さ0.156mm、幅58.5mm、長さ750mmの負極を得た。なお、電極群を形成したときに正極活物質と対向しない部分(負極の長手方向における端部)に存在する負極活物質を除去した。
それから、VDF:HFP=97:3(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度8質量%)を、負極の表面上に塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmの負極側ポリマー層が形成された。その後、VDF:HFP=85:15(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を負極側ポリマー層の表面上に塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmの主体層側ポリマー層が形成された。
そして、負極の長手方向における端部(銅箔が露出している部分)の上に、厚み100μm、幅50mm、長さ50mmのリチウム膜を貼り付けた。
(電池12)
リチウム膜を銅箔に貼り付けることなく負極を作製したことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池12を作製した。
リチウム膜を銅箔に貼り付けることなく負極を作製したことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池12を作製した。
(電池13)
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池13を作製した。
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池13を作製した。
2.評価方法
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池11〜13を評価した。ここで、本実施例では、充放電サイクルにおいて充電終止電圧を4.2Vとし放電終止電圧を2.5Vとした。その評価結果を図7に示す。
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池11〜13を評価した。ここで、本実施例では、充放電サイクルにおいて充電終止電圧を4.2Vとし放電終止電圧を2.5Vとした。その評価結果を図7に示す。
また、本実施例では、電池の容量を測定した。電池の容量は、25℃の環境下、1.4Aの定電流で電圧が4.2Vに至るまで充電を行い、4.2Vの定電圧で電流が50mAになるまで充電を行った後、0.56Aの定電流で電圧が2.5Vに至るまで放電を行ったときの容量である。
〔考察〕
図5〜7に基づいて実施例1〜3の結果を考察する。
図5〜7に基づいて実施例1〜3の結果を考察する。
−実施例1−
電池1〜4では、組立後48時間後の不良率及び500サイクル後の不良率はどちらも0であった。これらの電池を分解して負極、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各断面を観察すると、Fe又はNi等の金属元素の析出物が一部分に観察された。但し、これらの析出物は、セパレータを越えて正極に到達しておらず、負極の表面に沿って形成されていた。
電池1〜4では、組立後48時間後の不良率及び500サイクル後の不良率はどちらも0であった。これらの電池を分解して負極、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各断面を観察すると、Fe又はNi等の金属元素の析出物が一部分に観察された。但し、これらの析出物は、セパレータを越えて正極に到達しておらず、負極の表面に沿って形成されていた。
一方、電池5〜7のうち内部短絡が発生した電池を同様に解析したところ、Fe又はNi等の金属元素が針状に析出しており、その析出物がセパレータを突き破って正極に達していた。
電池1〜4及び電池5〜7の各電池においてポリエチレン膜、負極側ポリマー層、主体層側ポリマー層、及び電解液中に存在する金属の総モル数をICP分析で定量したところ、金属の総モル数は、電池1〜7においてほぼ同量であった。つまり、溶解した金属異物の量は、電池1〜4と電池5〜7とで同量であった。しかし、金属異物の析出形状が電池1〜4と電池5〜7とでは相異なったため、電池1〜4では内部短絡が発生しなかったのに対して電池5〜7では内部短絡が発生した。
−実施例2−
実施例1と同様の結果が得られた。
実施例1と同様の結果が得られた。
−実施例3−
電池12の放電容量が電池11及び電池13の各放電容量よりも小さかった。その理由として、負極に対して不可逆容量を補填していないからである,と考えている。
電池12の放電容量が電池11及び電池13の各放電容量よりも小さかった。その理由として、負極に対して不可逆容量を補填していないからである,と考えている。
電池13では、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層を形成していないので、電池5〜7及び電池10と同様に針状の析出物がセパレータを貫通して正極に到達しており、その結果、内部短絡が発生した。
以上説明したように、本発明は、例えば、民生用機器の電源、自動車に搭載される電源、又は大型工具の電源に有用である。
1 電池ケース
2 封口板
3 ガスケット
4 正極
4A 正極集電体
4B 正極合剤層
5 負極
5A 負極集電体
5B 負極活物質層
6 セパレータ
6A 主体層
6B 第1の薄膜
6C 第2の薄膜
7a 上部絶縁板
7b 下部絶縁板
8 電極群
2 封口板
3 ガスケット
4 正極
4A 正極集電体
4B 正極合剤層
5 負極
5A 負極集電体
5B 負極活物質層
6 セパレータ
6A 主体層
6B 第1の薄膜
6C 第2の薄膜
7a 上部絶縁板
7b 下部絶縁板
8 電極群
本発明は、非水電解質二次電池に関する。
近年、環境問題の点から電気エネルギーによる自動車の駆動が要求されており、また、大型工具用電源等の直流化が要求されている。これらの要求を満たすために、急速に充電が可能であるとともに大電流を放電可能な小型且つ軽量な二次電池が要望されている。このような要望を満たす典型的な二次電池としては、非水電解質二次電池(以下では単に「電池」と記す場合がある。)が挙げられる。
非水電解質二次電池は、正極と負極とセパレータとを備えている。正極では、リチウムイオンと可逆的に電気化学反応をする材料(正極活物質,リチウムを含む複合酸化物)が正極集電体に保持されている(特許文献1参照)。負極では、リチウムを吸蔵及び放出可能な材料(負極活物質,例えば黒鉛又は錫合金)が負極集電体に保持されている(特許文献2参照)。セパレータは、正極と負極との間に介在されており、正極と負極との間に短絡が生じることを防止するとともに電解液を保持している。電解液では、リチウム塩(例えばLiClO4又はLiPF6)が非プロトン性の有機溶媒に溶解されている。
非水電解質二次電池は次に示す方法に従って製造される。まず、正極及び負極のそれぞれを薄膜シート又は箔状に成形し、セパレータを介して正極及び負極を積層する又は渦巻き状に捲回する。このようにして作製した電極群を電池ケース(鉄,アルミニウム又はステンレス等の金属製であっても良いし、ニッケルメッキ等がケース表面に施されたものであっても良い)内に収容し、非水電解液をこの電池ケース内に注入する。その後、蓋板で電池ケースの開口部を密封する。金属製の電池ケースの代わりにアルミラミネートフィルムを用いても良い。
非水電解質二次電池の製造中に金属からなる異物(以下では「金属異物」と記す)が混入する場合がある。金属異物の代表例としては、正極活物質若しくは導電剤の合成中に混入される金属、又は、非水電解質二次電池の製造中に製造装置内のベアリング若しくはローラー等の回転部品が摩耗することにより発生する金属片を挙げることができる。そのため、金属異物の材料としては、例えば、鉄、ニッケル、銅、ステンレス鋼又は真鍮を挙げることができる。これらの金属異物は、正極の作動電位下において非水電解質中に溶解してイオンとなり、このイオンは、例えば充電中に負極の表面上に金属として析出する。負極の表面上に析出した金属異物がセパレータを貫通して正極に達すると、内部短絡が発生する。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安全性が保証された非水電解質二次電池を提供することである。
本発明に係る非水電解質二次電池では、正極と負極とセパレータと非水電解質とが電池ケース内に収容されている。セパレータは、主体層と、複数の薄膜とを有している。複数の薄膜のそれぞれは、主体層よりも薄い膜厚を有しており、主体層よりも小さなイオン透過率を有している。複数の薄膜は、相異なるイオン透過率を有している。このような非水電解質二次電池では、金属異物イオンが各薄膜を厚み方向に透過することを防止できる。よって、金属異物イオンが負極の表面上に到達することを防止できる。
本発明に係る非水電解質二次電池では、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜が負極の表面上に設けられていることが好ましく、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜が負極の表面上に接着されていればさらに好ましい。これにより、金属異物イオンが負極の表面上に到達することを抑制できる。
本発明に係る非水電解質二次電池では、複数の薄膜は、正極から負極へ向かうにつれてイオン透過率が小さくなるように配置されていることが好ましい。これにより、電極群の厚み方向に透過する金属異物イオンの量を正極から負極へ向かうにつれて徐々に減らすことができる。このような非水電解質二次電池では、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も大きな薄膜が主体層と一体であっても良い。
後述の好ましい実施形態では、複数の薄膜は相異なるヘキサフルオロプロピレン濃度を有し、ヘキサフルオロプロピレンの濃度が高い薄膜はヘキサフルオロプロピレンの濃度が低い薄膜よりも大きなイオン透過率を有する。この場合、各薄膜がヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体を含んでいても良く、複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜がポリフッ化ビニリデンからなっても良い。
本発明に係る非水電解質二次電池では、正極は、リチウムと第1の金属(リチウム以外の金属)と酸素とを含む複合酸化物を有していれば良く、正極及び負極が有するリチウムの総モル数をx[mol]とし複合酸化物における第1の金属の総モル数をy[mol]としたときにx/yは1.05よりも大きいことが好ましい。これにより、不可逆容量が大きい(初回充電時の容量に比べて初回放電時の容量が低い)場合であっても、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を抑制できる。この効果は、負極が珪素、錫、又は珪素若しくは錫を含む化合物を有している場合に、大きくなる。
本明細書における「複数の薄膜」には、薄膜同士の境界が確認できない場合も含まれている。例えば、膜厚が非常に薄い薄膜を積層すると、薄膜同士の境界を確認することが難しい場合がある。
本明細書では、「イオン透過率」は、例えば、次に示す方法に従って測定することができる。まず、所定の膜(イオン透過率を測定する膜)を隔てて一方には金属塩を含む電解液(A)を配置し、他方には金属塩を含まない溶液(B)を配置する。所定の時間が経過してから、溶液(B)中の塩濃度を測定する。又は、所定の時間が経過してから、溶液(B)のイオン伝導度を測定し、予め作成しておいた塩濃度とイオン伝導度との関係を示す検量線を用いて溶液(B)中の塩濃度を推定する。
本明細書では、「イオン透過率」の「イオン」は、非水電解質中の陽イオンであり、金属異物イオンだけでなくリチウムイオンも含まれる。
本明細書では、「薄膜が主体層と一体である」は、薄膜と主体層との境界が明瞭に確認できないことであり、例えば薄膜を構成する材料の一部が主体層の内部に浸透することである。主体層及び薄膜が共に樹脂からなる場合に、薄膜が主体層と一体となることがある。
本明細書では、「正極の表面」は正極の両表面のうちその正極とリチウムイオンを授受する負極に対向する面であり、「負極の表面」は負極の両表面のうちその負極とリチウムイオンを授受する正極に対向する面である。
本発明では、安全性が保証された非水電解質二次電池を提供できる。
本発明者らが負極の表面上における金属異物の析出について検討したところ、次に示すことが分かった。図1(a)〜(c)は、金属異物が負極の表面上に析出する様子を説明した断面図である。なお、図1(a)〜(c)では、説明の都合上、セパレータ96の膜厚を正極94及び負極95の各膜厚よりも大きく示しており、図1(a)〜(c)に示す正極94、負極95及びセパレータ96の膜厚の関係は、実際の非水電解質二次電池における正極、負極及びセパレータの膜厚の関係とは異なる。
正極94(特に正極活物質)内の金属異物(X)、非水電解質二次電池の製造中に生じた金属異物、又は、摩耗により生じた金属異物は、正極の浸漬電位下(浸漬電位は電解液に濡れたことにより発生する電位である)あるいは正極の作動電位下で溶解してイオン(Xn+)となり、例えば充電中に負極95の表面へ向かってセパレータ96内を移動する。このとき、負極95が金属異物の析出電位以下である場合は、金属異物イオンは、図1(a)に示すように最短距離に位置する負極95の表面上に析出する。
金属異物99が負極95の表面上に析出した後は、新たな金属異物イオンは、図1(b)に示すように、その金属異物99の表面上に優先的に析出する。そのため、金属異物99の先端は、正極94へ近づき、最終的には図1(c)に示すように正極94の表面に接触する。これにより、内部短絡が発生する。
本発明者らは、上記考察をふまえて本発明を完成させた。以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、以下では、同一部材について同一の符号を付す場合がある。
本発明の実施形態では、非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を具体例に挙げ、その構成を説明する。図2は、本実施形態に係る非水電解質二次電池の縦断面図である。図3は、本実施形態における電極群の断面図である。
本実施形態に係る非水電解質二次電池は、図2に示すように、例えばステンレス鋼製の電池ケース1と、電池ケース1内に収容された電極群8とを備えている。また、電池ケース1内には、非水電解質が注入されている。
電池ケース1の上面には開口部1aが形成されている。開口部1aにはガスケット3を介して封口板2がかしめられており、これにより、開口部1aは封じられている。
電極群8は、正極4と負極5とセパレータ6とを有しており、図3に示すように正極4と負極5とがセパレータ6を介して渦巻き状に捲回されて構成されている。電極群8の上方には上部絶縁板7aが配置されており、電極群8の下方には下部絶縁板7bが配置されている。
正極4にはアルミニウム製の正極リード4Lの一端が取り付けられており、その正極リード4Lの他端は封口板2(正極端子を兼ねる)に接続されている。負極5にはニッケル製の負極リード5Lの一端が取り付けられており、その負極リード5Lの他端は電池ケース1(負極端子を兼ねる)に接続されている。
正極4は、図3に示すように、正極集電体4Aと正極合剤層4Bとを有している。正極集電体4Aは、導電性の板状部材であり、例えばアルミニウム製である。正極合剤層4Bは、正極集電体4Aの両面上に設けられ、正極活物質(リチウムとリチウム以外の金属(第1の金属)と酸素とを含む複合酸化物、例えばLiCoO2)と結着剤と導電剤等とを含んでいる。
負極5は、図3に示すように、負極集電体5Aと負極活物質層5Bとを有している。負極集電体5Aは、導電性の板状部材であり、例えば銅製である。負極活物質層5Bは、負極集電体5Aの両面上に設けられており、黒鉛材料と結着剤とを含んでいても良く、珪素、錫、珪素を含む化合物又は錫を含む化合物(以下では「金属又は金属を含む化合物」と記す)からなっても良い。
セパレータ6は、非水電解質を保持しており、図3に示すように正極4と負極5との間に設けられている。また、セパレータ6は、主体層6Aと第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとを有している。主体層6Aは、正極4の表面上に設けられている。主体層6Aは、高いイオン透過率を有しているとともに所定の機械的強度及び絶縁性を有しており、例えば、ポリプロピレン又はポリエチレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜、織布又は不織布である。第2の薄膜6Cは、負極5の表面上に設けられており、負極5の表面に接着されていることが好ましい。第1の薄膜6Bは、主体層6Aと第2の薄膜6Cとで挟まれており、主体層6Aと一体であることが好ましく、第2の薄膜6Cに接着されていることが好ましい。
このようなセパレータ6を有する電極群8は、次に示す何れかの方法に従って作製される。1つ目の方法では、第2の薄膜6C及び第1の薄膜6Bを順に負極5の表面上に形成し、その後、正極4の表面上に形成された主体層6Aと第1の薄膜6Bとを互いに接触させてから捲回する。2つ目の方法では、主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを順に正極4の表面上に形成し、その後、第2の薄膜6Cを負極5の表面に接触させてから捲回する。3つ目の方法では、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを順に担持体の表面(担持体の表面は離型処理されている)上に形成してから正極4の表面上の主体層6Aと負極5との間に配置し、その後、第1の薄膜6Bを担持体から剥離させるとともに第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを主体層6Aと負極5とで挟み、それから捲回する。
本実施形態におけるセパレータ6をさらに示す。主体層6Aは、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cのそれぞれよりも大きな膜厚を有している。主体層6Aの厚みは、例えば10μm以上300μm以下であり、10μm以上40μm以下であれば好ましく、15μm以上30μm以下であればさらに好ましく、15μm以上25μm以下であれば最も好ましい。第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計は、例えば0.01μm以上20μm以下であり、0.1μm以上15μm以下であれば好ましく、0.5μm以上10μm以下であればさらに好ましい。
主体層6Aの厚みが10μm未満であれば、十分な量の非水電解質を保持できない場合がある。また、正極4と負極5との接触を回避できない場合があり、そのため、内部短絡が発生する場合がある。一方、主体層6Aの厚みが300μmを超えると、電極群8におけるセパレータ6の占有割合が高くなるので、十分な量の活物質を電池ケース1内に充填できない場合がある。
第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が0.01μm未満であれば、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できない場合がある。一方、第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が20μmを超えると、セパレータ6における第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの占有割合が高くなるので、セパレータ6の機能低下を引き起こす場合がある。また、セパレータ6におけるリチウムイオンの拡散が抑制される場合があり、そのため、電池の性能低下を引き起こす場合がある。
別の言い方をすると、第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が主体層6Aの厚みの0.1%以上であれば良く、0.1%以上20%以下であれば好ましく、0.1%以上10%以下であればさらに好ましい。第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が主体層6Aの厚みの0.1%未満であれば、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できない場合がある。一方、第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計が主体層6Aの厚みの20%を超えていれば、セパレータ6の機能低下を引き起こす場合がある。また、セパレータ6におけるリチウムイオンの拡散が抑制される場合があり、そのため、電池の性能低下を引き起こす場合がある。
さらに、本実施形態におけるセパレータ6では、主体層6Aと第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとでイオン透過率が互いに異なる。主体層6Aが最大のイオン透過率を有しており、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの順にイオン透過率が低下する。これにより、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できる。以下では、図4を参照しながら本実施形態におけるセパレータ6をさらに説明する。図4は、本実施形態において金属異物イオンがセパレータ6内を移動する様子を説明した断面図である。なお、図4では、説明の都合上、セパレータ6の膜厚を正極4及び負極5の各膜厚よりも大きく示しており、図4に示す正極4、負極5及びセパレータ6の膜厚の関係は、実際の非水電解質二次電池における正極4、負極5及びセパレータ6の膜厚の関係とは異なる。
正極合剤層4B内に混入された金属異物に着目すると、その金属異物は、正極4の浸漬電位下又は正極4の作動電位下において非水電解質中へ金属イオンとなって溶解し、例えば充電中に負極5へ向かって移動する。セパレータ6では、主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの順に正極4から負極5へ向かって配置されている。そのため、金属異物イオンは、主体層6Aを透過して第1の薄膜6Bへ到着する。第1の薄膜6Bは主体層6Aよりも低いイオン透過率を有しているので、第1の薄膜6Bへ到着した金属異物イオンの一部は第1の薄膜6Bを透過できずに第1の薄膜6B内に拡散する(図4の左側の金属異物イオン)。
第1の薄膜6Bを透過した金属異物イオンは、第2の薄膜6Cへ到着する。第2の薄膜6Cは第1の薄膜6Bよりもさらに低いイオン透過率を有しているので、第2の薄膜6Cへ到達した金属異物イオンは第2の薄膜6Cを透過することが難しく第2の薄膜6C内に拡散する(図4の右側の金属異物イオン)。これにより、金属異物イオンが負極5の表面へ到達することを遅延させることができる。
非水電解質二次電池の製造中に発生した金属異物又は摩耗により生じた金属異物は、正極4内に混入するとは限らず、例えば主体層6A内に混入する場合もある。金属異物がどの位置に混入している場合であっても、金属異物イオンは第1の薄膜6B又は第2の薄膜6C内に拡散する。よって、本実施形態では、金属異物の発生要因に関係なく内部短絡の発生を防止できる。
仮に第2の薄膜6Cを透過した金属異物イオンが負極5の表面に到達した場合であっても、その金属異物イオンの量を低く抑えることができる。よって、負極5の表面上に析出する金属異物の量を少なくすることができる。それだけでなく、第2の薄膜6Cを透過した金属異物イオンは、第1の薄膜6B内及び第2の薄膜6C内において若干拡散してから負極5の表面に到達する。よって、金属異物が負極5の表面に対して垂直な方向に析出することを防止できる。これらのことから、本実施形態では、金属異物が負極5の表面上に析出した場合であっても内部短絡の発生を防止できる。なお、電池の動作を司るリチウムイオンは、非水電解質中に金属異物イオンに比べ遙かに多く存在しているため、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cによる拡散抑制の影響及び負極5への到達遅延の影響を受けにくい。本発明者らは、本実施形態に係る非水電解質二次電池が電池の動作に問題ないことを確認している。第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの各構成をさらに説明する。
第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとでは、イオン透過率が相異なる。また、第1の薄膜6Bは、主体層6A及び第2の薄膜6Cの各表面に接着されていることが好ましく、第2の薄膜6Cは、負極5の表面に接着されていることが好ましい。これらのことから、第1の薄膜6Bは、イオン透過率を調整可能な材料と接着能を有する材料とを含んでいれば良い。第2の薄膜6Cは、イオン透過率を調整可能な材料と接着能を有する材料とを含んでいても良く、接着能を有する材料からなっても良い。
イオン透過率を調整可能な材料としては、例えば、ヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropylene,以下では「HFP」と記す。)を挙げることができる。HFPは、ポリフッ化ビニリデン(poly(vinylidene fluoride),以下では「PVDF」と記す。)等に比べて柔軟性に優れているので、電解液を取り込んで膨潤する。そのため、HFPは、非水電解質との親和性に優れ、よって、膜中におけるHFPの濃度を高くすればその膜のイオン透過率を高くすることができる。従って、第1の薄膜6BにおけるHFP濃度が第2の薄膜6CにおけるHFP濃度よりも高ければ良い。例えば、第1の薄膜6BにおけるHFP濃度は2質量%以上30質量%以下であり、第2の薄膜6CにおけるHFP濃度は0質量%以上20質量%以下である。第1の薄膜6BにおけるHFP濃度が2質量%未満であれば、また、第2の薄膜6CにおけるHFP濃度が20質量%を超えていれば、第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとでイオン透過率に差を付けることが難しい。一方、第1の薄膜6BにおけるHFP濃度が30質量%を超えていれば、第1の薄膜6Bが非水電解質を膨潤し易くなるので、主体層6A及び第2の薄膜6Cと第1の薄膜6Bとの接着強度の低下を引き起こす。
接着能を有する材料としては、例えば、PVDF、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド樹脂、ポリアミド及びポリイミドが知られているが、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6CがPVDFを含んでいることが好ましい。その理由としては以下の3つを挙げることができる。
PVDFは、接着力に優れている。よって、電極群8の作製中に、第1の薄膜6Bが主体層6Aの表面又は第2の薄膜6Cの表面から剥離することを防止でき、第2の薄膜6Cが第1の薄膜6Bの表面又は負極5の表面から剥離することを防止できる。
また、PVDFは、柔軟性に優れている。よって、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cのそれぞれは、負極活物質の膨張又は収縮に追随して変形する。従って、性能及び安全性の低下を伴うことなく非水電解質二次電池を充放電でき、また、サイクル特性の低下を防止できる。この効果は、金属又は金属を含む化合物を負極活物質に用いた場合に、大きくなる。なぜならば、負極活物質を金属又は金属を含む化合物とすると、負極活物質が炭素材料である場合に比べて充放電に起因する負極活物質の膨張量及び収縮量が大きくなり、その結果、負極活物質の膨張及び収縮に起因する第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの変形量が大きくなるからである。
PVDFは、非水電解質二次電池が動作する電圧範囲において電気的に安定であり、非水電解質と反応しない。
以上のことから、第1の薄膜6Bは、2質量%以上30質量%以下のHFPとPVDFとを含んでいることが好ましく、例えば2質量%以上30質量%以下のHFPとVDFとの共重合体からなれば良い。第1の薄膜6Bがこの共重合体からなれば、VDFの柔軟性を高めることができる。よって、第1の薄膜6Bは2質量%以上30質量%以下のHFPとVDFとの共重合体からなることが好ましい。
第2の薄膜6Cは、0質量%以上20質量%以下のHFPとPVDFとを含んでいることが好ましく、例えば20質量%以下(0質量%を含まない)のHFPとVDFとの共重合体からなっても良いしPVDFからなっても良い。第2の薄膜6Cがこの共重合体からなれば、VDFの柔軟性を高めることができる。よって、第2の薄膜6Cは20質量%以下(0質量%を含まない)のHFPとVDFとの共重合体からなることが好ましい。
第2の薄膜6Cについてさらに示す。第2の薄膜6Cは、第1の薄膜6Bよりも少ないHFPを有しているので、第1の薄膜6Bよりも多くの接着材料を有している。よって、第2の薄膜6Cは第1の薄膜6Bよりも接着性に優れるので、第2の薄膜6Cを介して第1の薄膜6Bを負極5の表面に接着できる。このように、第2の薄膜6Cは、第1の薄膜6Bよりも金属異物イオンを拡散させ難いという機能以外に、第1の薄膜6Bを負極5に接着させるという機能も有している。
以上説明したように、本実施形態では、セパレータ6が第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cを有している。よって、金属異物イオンは第1の薄膜6B又は第2の薄膜6C内に拡散するので、金属異物イオンが負極5の表面へ到達することを防止できる。また、仮に金属異物イオンが負極5の表面上に到達したとしても、金属異物は、負極5の表面に対して略平行な方向に析出する。よって、金属異物が負極5のある一箇所に集中して析出されることを防止できるので、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止でき、従って、安全性に優れた非水電解質二次電池を提供できる。
さらに、本実施形態では、正極4から負極5へ向かって主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの順に配置されている。よって、イオン透過率が最も大きい膜(主体層6A)を透過した金属異物イオンを、イオン透過率が中程度の膜(第1の薄膜6B)内に拡散させることができる。また、イオン透過率が中程度の膜(第1の薄膜6B)を透過した金属異物イオンを、イオン透過率が最も低い膜(第2の薄膜6C)内に拡散させることができる。よって、金属異物イオンを第1の薄膜6B又は第2の薄膜6Cに効率良く拡散させることができる。
本実施形態では、第1の薄膜6Bは、第2の薄膜6Cを介して負極5の表面に接着されており、主体層6Aと一体である。よって、正極4から負極5へ向かうにつれてイオン透過率が段階的に低下するという効果を十分に発揮できる。また、電極群8の製造歩留まりの低下を防止できる。
本実施形態では、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cのそれぞれは、負極活物質の膨張又は収縮に追随して変形する。よって、充放電中に性能及び安全性が低下することを防止でき、また、サイクル特性の低下を防止できる。
本実施形態では、第1の薄膜6Bの膜厚及び第2の薄膜6Cの膜厚の合計は主体層6Aの膜厚に比べて非常に小さい。そのため、本実施形態では、リチウムイオンの拡散が確保されるため、電池性能を確保できる。
電極群を形成する前にリチウムが負極に添加されている場合に本実施形態におけるセパレータ6を用いれば、大きな効果を得ることができる。以下に具体的に示す。
非水電解質二次電池は、一般に、初回充電時の容量に比べて初回放電時の容量が低い(不可逆容量が大きい)という課題を有している。これは、初回充電時に、負極活物質である炭素材料又は金属若しくは金属を含む化合物に皮膜形成などの不可逆な反応が生じるためである。この課題を解消するために、電極群を形成する前にリチウムを負極に添加するという技術が提案されている(例えば、特開2005−085633号公報)。
しかし、上記技術を用いて非水電解質二次電池を作製すると、非水電解質を電池ケース内に注入した直後から電位差が正極と負極との間に発生する。そのため、非水電解質を電池ケース内に注入した直後から、正極中の金属異物が非水電解質へ溶解して負極の表面上に析出する。よって、上記技術を用いることなく非水電解質二次電池を作製した場合に比べて、金属異物の混入に起因する内部短絡が発生し易い。例えば、金属異物の混入量がそれほど多くない場合であっても、内部短絡の発生を引き起こす。
ところが、本実施形態におけるセパレータ6を用いると、正極4中の金属異物は非水電解質へ溶解してから第1の薄膜6B又は第2の薄膜6C内に拡散するので、正極4中の金属異物が負極5の表面上に析出することを防止できる。よって、本実施形態では、非水電解質を電池ケース内に注入した直後から金属異物の溶解が開始する場合であっても、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できる。
不可逆容量が大きいという課題を解消するためには、非水電解質二次電池がx/y>1.05を満たしていれば良い。ここで、xは正極及び負極に含まれるリチウムの総モル数であり、yは正極活物質における第1の金属(例えば、正極活物質がLiCoO2である場合には第1の金属はCoである)の総モル数であり、x及びyは例えばICP(inductively coupled plasma)分析法により求められる。正極活物質では、通常、リチウムと第1の金属とのモル数比は1:1〜1.02である。そのため、x/y>1.05を満たしていれば、電極群を形成する前にリチウムが負極に添加されていることになる。
x/yが大きければ大きいほど、不可逆容量が大きいという課題を解消できる。しかし、x/yが大きすぎると、負極5中に留まるリチウム(充放電に寄与しないリチウム)が多くなるので、負極5の熱安定性が低下する場合がある。また、リチウムが負極活物質中に入ると、負極活物質が膨張するので、負極5の膨張を引き起こす。負極5が膨張した状態では、非水電解質の入出能力の低下を引き起こすので、サイクル特性が低下する場合がある。これらのことから、1.05<x/y≦1.50であることが好ましく、1.05<x/y≦1.25であればさらに好ましい。
電極群を形成する前にリチウムを負極に添加する方法としては、リチウムを負極活物質層5Bの表面上に蒸着させても良いし、リチウムを負極集電体5A又は負極活物質層5Bの一部分に接触させても良い(例えば、リチウム膜を負極活物質層5Bの表面に接着させる、又は、リチウム膜を負極集電体のうち負極活物質層が形成されていない部分に溶接する)。
ところで、昨今、非水電解質二次電池の高容量化が要求されている。この要求に応えるために、炭素材料ではなく金属又は金属を含む化合物を負極活物質として用いることが提案されている。しかし、負極活物質を金属又は金属を含む化合物とすると、負極活物質が炭素材料である場合に比べて不可逆容量が大きくなる。よって、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止するという効果は、電極群を形成する前にリチウムが負極に添加されており、且つ、負極活物質が金属又は金属を含む化合物である場合に、非常に大きくなる。
なお、本実施形態では、以下に示す構成を有していても良い。
セパレータ6における主体層6A、第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cの配置は、図3に示す配置に限定されず、以下に示す配置であっても良い。第1の配置では、第1の薄膜6Bが正極4の表面上に設けられており、第2の薄膜6Cが負極5の表面上に設けられており、主体層6Aが第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとで挟まれている。しかし、この配置では、イオン透過率を正極4から負極5に向かうにつれて段階的に減少させることができない。そのため、金属異物イオンを第1の薄膜6B又は第2の薄膜6Cに効率良く拡散させることができない場合がある。
第2の配置では、図3に示す配置において第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとが互いに逆に配置されており、第3の配置では、第1の配置において第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとが互いに逆に配置されている。しかし、第2及び第3の配置では、第1の薄膜6Bは第2の薄膜6Cを介することなく負極5の表面上に直接設けられている。そのため、第1の薄膜6Bと負極5との接着強度を確保できない場合がある。
第4の配置では、主体層6Aが負極5の表面上に設けられており、第1の薄膜6Bが正極4の表面上に設けられており、第2の薄膜6Cが主体層6Aと第1の薄膜6Bとで挟まれている。また、第5の配置では、第4の配置において第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとが互いに逆に配置されている。しかし、第4及び第5の配置では、負極5の表面上には第1の薄膜6B及び第2の薄膜6Cではなく主体層6Aが設けられている。そのため、金属異物イオンが負極5の表面上に析出する場合があり、負極5の表面上に析出した金属異物が図1(c)に示すように正極4へ達する場合がある。
以上のことから、第1〜第5の配置よりも図3に示す配置の方が好ましい。しかし、第1〜第5の配置では、セパレータが第1の薄膜及び第2の薄膜を有していない場合に比べて、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できる。よって、第1〜第5の配置でも、本実施形態における効果をある程度得ることができる。
セパレータ6は、第1の薄膜6Bと第2の薄膜6Cとを有していることが好ましい。セパレータが第2の薄膜6Cを有していなければ、金属異物イオンが負極5の表面に到達する場合があり、そのため、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できない場合がある。また、第1の薄膜6Bを負極5等に接着することが難しいので、電極群8の製造歩留まりの低下を引き起こす場合があり、負極活物質の膨張及び収縮に起因して第1の薄膜6Bが負極5等から剥離する場合がある。また、セパレータ6が第1の薄膜6Bを有していなければ、金属異物イオンの拡散が十分に行われない場合があり、そのために金属異物の析出がある一箇所で集中的に発生して短絡に至るという不具合を引き起こす場合がある。
セパレータ6は、3つ以上の薄膜を有していても良い。この場合、3つ以上の薄膜は、上記理由から、正極4から負極5へ向かうにつれてイオン透過率が小さくなるように配置されていることが好ましい。しかし、薄膜の数が多くなりすぎると、セパレータ6における薄膜の占有率が高くなるので、セパレータ6の機能低下を引き起こす。また、薄膜の総厚みを変えることなく薄膜の数を多くすると、各薄膜の厚みが非常に薄くなるので、各薄膜を形成し難い。これらを考慮して薄膜の数を決定すれば良い。なお、薄膜の総厚みを変えることなく薄膜の数を多くすると、薄膜同士の境界を確認できない場合がある。
セパレータ6が2つの薄膜を有している場合、第1の薄膜6Bの膜厚は、第2の薄膜6Cの膜厚と略同一であっても良いし(例えば第1の薄膜6Bの膜厚が第1の薄膜6Bの膜厚と第2の薄膜6Cの膜厚との合計に対して40%以上60%以下)、第2の薄膜6Cの膜厚よりも非常に薄くても良いし、第2の薄膜6Cの膜厚よりも非常に分厚くても良い。何れの場合であっても本実施形態における効果を得ることができる。しかし、第1の薄膜6Bの膜厚が第2の薄膜6Cの膜厚と略同一であれば、第1の薄膜6Bが奏する効果と第2の薄膜6Cが奏する効果との両方をバランス良く得ることができる。よって、第1の薄膜6Bの膜厚は第2の薄膜6Cの膜厚と略同一であることが好ましい。
電極群8は、正極4と負極5とがセパレータ6を介して積層されて形成されていても良い。
非水電解質二次電池は、正極リード4Lの代わりに正極集電板を備えていても良く、負極リード5Lの代わりに負極集電板を備えていても良い。集電板を用いて集電すれば、リードを用いて集電する場合に比べて集電時の抵抗を下げることができるので、非水電解質二次電池の高出力化を図ることができる。
非水電解質二次電池は、電池ケース1の代わりにラミネートフィルムを備えていても良い。電極群8がラミネートフィルムで包まれていれば、電極群8が金属からなる電池ケース1内に収容されている場合に比べて金属ケース由来の金属異物の量を減らすことができ、よって、金属異物の混入に起因する内部短絡の発生を防止できるという効果に貢献できる。
以下には、正極4及び負極5のそれぞれの構成、材料及び作製方法、セパレータ6の主体層6Aの構成、非水電解質の材料、並びに、非水電解質二次電池の作製方法を示す。
−正極−
正極集電体4Aは、アルミニウムからなっても良く、アルミニウムを主剤とする導電性材料からなっても良い。正極集電体4Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
正極集電体4Aは、アルミニウムからなっても良く、アルミニウムを主剤とする導電性材料からなっても良い。正極集電体4Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
正極集電体4Aの厚みは、1μm以上500μm以下であることが好ましく、10μm以上20μm以下であればさらに好ましい。これにより、正極4の強度を保持しながら正極4を軽量化できる。
正極活物質は、リチウムと第1の金属と酸素とを含む複合酸化物であり、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiCoNiO2、LiCo1−zMzO2、LiNi1−zMzO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiMnMO4、LiMePO4又はLi2MePO4Fである。Mは、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb及びBのうちの少なくとも1つである。Meは、Fe、Mn、Co及びNiから選択される少なくとも1種である。zは0よりも大きく1以下である。このように複合酸化物には、リン酸化合物も含まれる。正極活物質は、上記複合酸化物の一部の元素が他の元素で置換されたものであっても良い。また、正極活物質は金属酸化物、リチウム酸化物又は導電剤等で表面処理された複合酸化物であっても良く、表面処理は例えば疎水化処理である。
正極活物質の平均粒子径は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。正極活物質の平均粒子径が5μm未満であると、活物質粒子の表面積が極めて大きくなるので、極板中に活物質を固定するために必要な結着剤の量が多くなる。そのため、極板あたりの正極活物質量の減少を招来するため、容量低下を引き起こす場合がある。一方、正極活物質の平均粒子径が20μmを超えると、正極集電体4Aに正極合剤スラリーを塗工したときにスジがスラリー層の表面に発生する場合がある。よって、正極活物質の平均粒子径は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。
結着剤は、例えばPVDF、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム又はカルボキシメチルセルロース等である。又は、結着剤は、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸及びヘキサジエンから選択された2種以上の材料からなる共重合体又は混合物である。
上記列挙した材料の中でもPVDF及びその誘導体は、非水電解質二次電池内において化学的に安定であり、正極集電体4Aと正極活物質又は導電剤とを十分に結着させることができ、さらには、正極活物質と導電剤とを十分に結着させることができる。よって、結着剤としてPVDF又はその誘導体を使用すると、サイクル特性及び放電性能に優れた非水電解質二次電池を提供できる。それだけでなく、PVDF及びその誘導体は安価であるため、結着剤としてPVDF又はその誘導体を使用すれば非水電解質二次電池の製造コストを抑えることができる。以上のことから、結着剤としてPVDF又はその誘導体を用いることが好ましい。なお、結着剤としてPVDFを用いる場合には、PVDFがNメチルピロリドンに溶解された溶液を用いて正極合剤スラリーを調製しても良く、粉末状のPVDFを正極合剤スラリー中に溶解させても良い。
導電剤は、例えば、天然黒鉛又は人造黒鉛等のグラファイト類であっても良いし、アセチレンブラック(AB:acetylene black)又はケッチェンブラック等のカーボンブラック類であっても良いし、炭素繊維又は金属繊維等の導電性繊維類であっても良いし、フッ化カーボンであっても良いし、アルミニウム等の金属粉末類であっても良いし、酸化亜鉛又はチタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類であっても良いし、酸化チタン等の導電性金属酸化物であっても良いし、フェニレン誘導体等の有機導電性材料であっても良い。
このような正極4の作製方法を示す。まず、正極活物質、結着剤及び導電剤を液状成分に混合して正極合剤スラリーを調製する。このとき、正極合剤スラリーは、正極活物質に対して3.0vol%以上6.0vol%以下の結着剤を含んでいれば良い。次に、得られた正極合剤スラリーを正極集電体4Aの両表面上に塗布して乾燥させ、得られた正極板を圧延する。これにより、所定の厚みを有する正極が作製される。
−負極−
負極集電体5Aは、ステンレス鋼、ニッケル又は銅等からなることが好ましい。負極集電体5Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
負極集電体5Aは、ステンレス鋼、ニッケル又は銅等からなることが好ましい。負極集電体5Aは、長尺な導電性基板又は長尺な箔であれば良く、複数の孔部を有していても良い。
負極集電体5Aの厚みは、1μm以上500μm以下であることが好ましく、10μm以上20μm以下であればさらに好ましい。これにより、負極5の強度を保持しながら負極5を軽量化できる。
負極活物質は、例えば、炭素材料、金属、金属繊維、酸化物、窒化物、珪素化合物、錫化合物又は各種合金材料等が挙げられる。炭素材料は、例えば、各種天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛又は非晶質炭素である。珪素化合物は、SiOx(但し0.05<x<1.95)であっても良いし、Siの一部をB、Mg、Ni、Ti、Mo、Co、Ca、Cr、Cu、Fe、Mn、Nb、Ta、V、W、Zn、C、N及びSnからなる元素群から選択された少なくとも1種以上の元素で置換した珪素合金であっても良いし、珪素固溶体であっても良い。また、錫化合物は、例えば、Ni2Sn4、Mg2Sn、SnOx(但し0<x<2)、SnO2又はSnSiO3であれば良い。負極活物質は、上記列挙した材料のうち2種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
このような負極5の作製方法を示す。負極活物質として炭素材料を用いる場合には、まず、負極活物質(炭素材料)及び結着剤を液状成分に混合させて負極合剤スラリーを調製する。次に、得られた負極合剤スラリーを負極集電体5Aの両表面上に塗布して乾燥させ、得られた負極板を圧延する。これにより、所定の厚みを有する負極5が作製される。
負極活物質として金属又は金属を含む化合物を用いる場合には、負極集電体5Aの両表面上に負極活物質を蒸着させれば良い。
負極5には、不可逆容量を補填するためのリチウムが予め設けられていても良い。
−セパレータ−
セパレータ6の構成は、上記実施形態1で示した通りである。なお、主体層6Aは、次に示す構成であっても良い。
セパレータ6の構成は、上記実施形態1で示した通りである。なお、主体層6Aは、次に示す構成であっても良い。
主体層6Aは、絶縁性粒子(例えば金属酸化物又は金属硫化物)が互いに結着されたもの(多孔性絶縁膜)であっても良いし、ポリオレフィンからなる微多孔薄膜、織布又は不織布と多孔性絶縁膜との両方を有していても良い。絶縁性粒子は、絶縁性に優れ且つ高温下でも耐変形性を有するものが好ましく、多孔性絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム又は酸化チタン等の酸化物からなる絶縁体の微粉末が極板上に塗布されたものであることが好ましい。主体層6Aとしてポリオレフィンからなる微多孔薄膜、織布又は不織布を用いれば、主体層6Aはシャットダウン機能を有するので、非水電解質二次電池の温度上昇を抑制できる。一方、主体層6Aとして多孔性絶縁膜を用いれば、非水電解質二次電池の温度が非常に高くなった場合であっても(例えば200℃以上)主体層6Aの収縮を防止できるので、内部短絡の発生を防止できる。非水電解質二次電池の用途等によって主体層6Aの構成を選択すれば良い。
主体層6Aとして微多孔薄膜を用いる場合には、主体層6Aは、1種の材料からなる単層膜であっても良いし、2種以上の材料からなる複合膜であっても良いし、互いに異なる材料からなる2層以上の膜が積層された多層膜であっても良い。
主体層6Aは、30%以上70%以下の空孔率を有していれば好ましく、35%以上60%以下の空孔率を有していればさらに好ましい。空孔率は、主体層6Aの全体積に対する孔の体積の比率である。
−非水電解質−
非水電解質は、液状非水電解質であっても良く、ゲル状非水電解質であっても良く、固体状非水電解質であっても良い。
非水電解質は、液状非水電解質であっても良く、ゲル状非水電解質であっても良く、固体状非水電解質であっても良い。
液状非水電解質(非水電解液,後述)では、電解質(例えばリチウム塩)が非水溶媒に溶解している。
ゲル状非水電解質では、非水電解質が高分子材料に保持されている。高分子材料は、例えばPVDF、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、又は、ポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン等である。
固体状非水電解質は、高分子固体電解質を含んでいる。
以下では、非水電解液について示す。
非水溶媒には、公知の非水溶媒を使用でき、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル又は環状カルボン酸エステル等を使用できる。環状炭酸エステルは、例えば、プロピレンカーボネート(PC;propylene carbonate)又はエチレンカーボネート(EC;ethylene carbonate)である。鎖状炭酸エステルは、例えば、ジエチルカーボネート(DEC;diethyl carbonate)、エチルメチルカーボネート(EMC;ethylmethyl carbonate)又はジメチルカーボネート(DMC;dimethylcarbonate)である。環状カルボン酸エステルは、例えば、γ−ブチロラクトン(GBL;gamma-butyrolactone)又はγ−バレロラクトン(GVL;gamma-valerolactone)である。非水溶媒は、上記に列挙された非水溶媒のうち1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
電解質は、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、又はイミド塩類である。ホウ酸塩類は、例えば、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、又はビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウムである。また、イミド塩類は、例えば、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム((CF3SO2)2NLi)、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム(LiN(CF3SO2)(C4F9SO2))、又は、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム((C2F5SO2)2NLi)である。電解質としては、上記に列挙された電解質のうち1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
電解質の濃度は、0.5mol/m3以上2mol/m3以下であることが好ましい。
非水電解液は、上記非水溶媒及び上記電解質以外に、次に示す添加剤を含んでいても良い。この添加剤は負極活物質層の表面上で分解され、これにより、リチウムイオン伝導性の高い被膜が負極活物質層の表面上に形成される。よって、非水電解質二次電池の充放電効率を高めることができる。このような機能を持つ添加剤は、例えば、ビニレンカーボネート(VC;vinylene carbonate)、4−メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、4−エチルビニレンカーボネート、4,5−ジエチルビニレンカーボネート、4−プロピルビニレンカーボネート、4,5−ジプロピルビニレンカーボネート、4−フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート(VEC;vinyl ethylene carbonate)、又はジビニルエチレンカーボネートである。添加剤としては、上記に列挙された材料のうちの1種類を単独で用いても良く、上記に列挙された材料のうちの2種以上を組み合わせて用いても良い。添加剤として、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート及びジビニルエチレンカーボネートよりなる群から選択された少なくとも1種を用いることが好ましい。なお、添加剤は、上記に列挙された材料の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたものであっても良い。
また、非水電解液は、上記非水溶媒及び上記電解質以外に、ベンゼン誘導体を含んでいても良い。ベンゼン誘導体は、フェニル基を有するものが好ましく、また、互いに隣り合う位置に結合されたフェニル基及び環状化合物基を有するものが好ましい。ここでベンゼン誘導体は、例えば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、又はジフェニルエーテルである。また、上記環状化合物基は、例えば、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、又はフェノキシ基である。ベンゼン誘導体には、上記に列挙された材料のうち1種を単独で用いても良く、上記に列挙された材料のうち2種以上を組み合わせて用いても良い。なお、非水溶媒は10vol%以下のベンゼン誘導体を含んでいれば良い。非水電解液がこのようなベンゼン誘導体を含んでいると、過充電時には、ベンゼン誘導体が分解されて被膜が電極の表面上に形成され、よって、非水電解質二次電池を不活性化させることができる。
非水電解質二次電池の作製方法を示す。まず、正極集電体4Aのうち正極合剤層4Bが設けられていない部分に正極リード4Lを接続し、負極集電体5Aのうち負極活物質層5Bが設けられていない部分に負極リード5Lを接続する。次に、セパレータ6を介して正極4と負極5とを捲回して、電極群8を作製する。このとき、正極リード4Lと負極リード5Lとが互いに逆向きに延びていることを確認する。続いて、電極群8の上端に上部絶縁板7aを配置し、電極群8の下端に下部絶縁板7bを配置する。それから、負極リード5Lを電池ケース1に接続し、正極リード4Lを封口板2に接続して、電極群8を電池ケース1内に収納する。その後、減圧方式により、電池ケース1内に非水電解液を注入する。そして、電池ケース1の開口部1aを、ガスケット3を介して封口板2で封止する。
以下では、本発明の実施例を示す。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されない。
〔実施例1〕
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池1)
−正極の作製−
まず、平均粒子径が10μmのLiNi0.82Co0.15Al0.03O2(正極活物質)を準備した。
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池1)
−正極の作製−
まず、平均粒子径が10μmのLiNi0.82Co0.15Al0.03O2(正極活物質)を準備した。
次に、100質量部のLiNi0.82Co0.15Al0.03O2に、4.5質量部のアセチレンブラック(導電剤)と、4.7質量部のPVDF(結着剤)がN−メチルピロリドン(NMP,NMPはN-methylpyrrolidoneの略語)の溶剤に溶解された溶液とを混合した。これにより、正極合剤スラリーが得られた。
この正極合剤スラリーを厚さが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面上に塗布して乾燥させ、得られた極板を圧延した。これにより、厚さが0.157mmの正極板が得られた。この正極板を幅57mm、長さ564mmに裁断して、正極を得た。
−負極の作製−
まず、真空蒸着法により、シリコンを、厚さが18μmであり両面に粗面化加工が施された銅箔(負極集電体)の各表面上に蒸着させた。このとき、真空蒸着機の中に酸素を25sccm導入しつつ真空蒸着機の内部の真空度を1.5x10−3Paとした。これにより、銅箔の各表面上には、厚さが10μmであるシリコン含有膜が形成された。燃焼法による酸素量の測定とICP分析によるシリコン量の測定とから、このシリコン含有膜に含まれる活物質の組成はSiO0.42であることが分かった。
まず、真空蒸着法により、シリコンを、厚さが18μmであり両面に粗面化加工が施された銅箔(負極集電体)の各表面上に蒸着させた。このとき、真空蒸着機の中に酸素を25sccm導入しつつ真空蒸着機の内部の真空度を1.5x10−3Paとした。これにより、銅箔の各表面上には、厚さが10μmであるシリコン含有膜が形成された。燃焼法による酸素量の測定とICP分析によるシリコン量の測定とから、このシリコン含有膜に含まれる活物質の組成はSiO0.42であることが分かった。
次に、真空蒸着法により、リチウムをシリコン含有膜の各表面上に蒸着させた。これにより、シリコン含有膜の各表面上には、密度が3.2g/m2であるリチウム膜(リチウムの密度をリチウム膜の膜厚で換算すると、膜厚が6μmであるリチウム膜)が形成された。その後、露点が−30℃以下であるドライエア環境下で負極板を取り扱った。
続いて、負極板の片面上に、VDF:HFP=97:3(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度8質量%)を塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmであるポリマー層(第2の薄膜,以下では「負極側ポリマー層」と記す。)が形成された。その後、負極側ポリマー層上に、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmであるポリマー層(第1の薄膜,以下では「主体層側ポリマー層」)が形成された。その後、この2つのポリマー層が形成された負極板を幅58.5mm、長さ750mmに裁断して、負極を得た。
−非水電解液の調製−
体積比が1:3となるように混合されたエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなる混合溶媒を用意した。この混合溶媒に、5wt%のビニレンカーボネート(電池の充放電効率を高める添加剤)を添加すると共に、モル濃度(混合溶媒に対するモル濃度)が1.4mol/m3となるようにLiPF6(電解質)を溶解させた。このようにして、非水電解液を得た。
体積比が1:3となるように混合されたエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなる混合溶媒を用意した。この混合溶媒に、5wt%のビニレンカーボネート(電池の充放電効率を高める添加剤)を添加すると共に、モル濃度(混合溶媒に対するモル濃度)が1.4mol/m3となるようにLiPF6(電解質)を溶解させた。このようにして、非水電解液を得た。
−円筒型電池の作製−
まず、正極集電体にアルミニウム製の正極リードを接続し、負極集電体にニッケル製の負極リードを接続した。その後、正極リードと負極リードとが互いに逆向きに延びるように正極と負極とを配置し、且つ、ポリエチレン膜(主体層,厚み20μm)を正極と主体層側ポリマー層とで挟んだ状態で、正極、負極、ポリエチレン膜とを捲回した。これにより、電極群が作製された。この電極群の正極及び負極に含まれるリチウムの総モル数をICP分析より求めたところ、正極に含まれるNi、Co及びAlの総モル数を1とした場合、リチウムの総モル数は1.13であった。
まず、正極集電体にアルミニウム製の正極リードを接続し、負極集電体にニッケル製の負極リードを接続した。その後、正極リードと負極リードとが互いに逆向きに延びるように正極と負極とを配置し、且つ、ポリエチレン膜(主体層,厚み20μm)を正極と主体層側ポリマー層とで挟んだ状態で、正極、負極、ポリエチレン膜とを捲回した。これにより、電極群が作製された。この電極群の正極及び負極に含まれるリチウムの総モル数をICP分析より求めたところ、正極に含まれるNi、Co及びAlの総モル数を1とした場合、リチウムの総モル数は1.13であった。
次に、電極群の上端に上部絶縁膜を配置し、その下端に下部絶縁板を配置した。その後、負極リードを電池ケースに溶接するとともに正極リードを封口板に溶接して、電極群を電池ケース内に収納した。その後、減圧方式により、非水電解液を電池ケース内に注入した。それから、ガスケットを介して封口板を電池ケースの開口端にかしめた。このようにして電池1が作製された。
(電池2)
主体層側ポリマー層の構成を除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池2を作製した。具体的には、負極側ポリマー層の上に、VDF:HFP=85:15(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を塗布して乾燥させた。
主体層側ポリマー層の構成を除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池2を作製した。具体的には、負極側ポリマー層の上に、VDF:HFP=85:15(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を塗布して乾燥させた。
(電池3)
負極側ポリマー層の厚みを3μmとし主体層側ポリマー層の厚みを5μmとしたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池3を作製した。
負極側ポリマー層の厚みを3μmとし主体層側ポリマー層の厚みを5μmとしたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池3を作製した。
(電池4)
負極側ポリマー層をPVDF膜としたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池4を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。
負極側ポリマー層をPVDF膜としたことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池4を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。
(電池5)
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池5を作製した。
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池5を作製した。
(電池6)
一層のポリマー層のみを負極板の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池6を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
一層のポリマー層のみを負極板の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池6を作製した。具体的には、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
(電池7)
一層のポリマー層のみを負極の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池7を作製した。具体的には、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
一層のポリマー層のみを負極の片面上に形成したことを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池7を作製した。具体的には、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を負極板の片面上に塗布して乾燥させた。その後、この負極板を切断して負極を得た。
2.評価方法
内部短絡が発生している電池の電池電圧は、内部短絡が発生していない電池の電池電圧よりも低い。実施例1の電池の電圧は、約2.8Vである。そのため、実施例1では、測定された電池電圧が2.6Vよりも低くなった場合を不良と判断し、不良な電池の個数(母数は50個)を数えた。
内部短絡が発生している電池の電池電圧は、内部短絡が発生していない電池の電池電圧よりも低い。実施例1の電池の電圧は、約2.8Vである。そのため、実施例1では、測定された電池電圧が2.6Vよりも低くなった場合を不良と判断し、不良な電池の個数(母数は50個)を数えた。
具体的には、電池1〜7のそれぞれを作製してから48時間後に電池電圧を測定し、内部短絡が発生している電池の個数を数えた。この結果を図5における組立後48時間後の不良率に記す。
また、電池1〜7のそれぞれに対して充放電を500サイクル実施してから電池電圧を測定し、内部短絡が発生している電池の個数を数えた。1サイクルは、45℃の環境下、1.4Aの定電流で電圧が4.15Vになるまで充電を行い、4.15Vの定電圧で電流が50mAになるまで充電を行った後、2.8Aの定電流で電圧が2.0Vに至るまで放電を行うという一連の作業である。なお、充電と放電との間及び放電と充電との間にはどちらも、30分間の休止を設けた。この結果を図5における500サイクル後の不良率に記す。
〔実施例2〕
実施例2では、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層をポリエチレン膜の片面上に固定してセパレータを作製した。
実施例2では、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層をポリエチレン膜の片面上に固定してセパレータを作製した。
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池8)
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の構成と負極の作製方法と負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の作製方法とを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池8を作製した。
(電池8)
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の構成と負極の作製方法と負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の作製方法とを除いては上記電池1と同様の方法に従って、電池8を作製した。
−負極の作製−
具体的には、上記電池1の「−負極の作製−」に従って真空蒸着法によりリチウムをシリコン含有膜の各表面上に蒸着させてから、この極板を幅58.5mm、長さ750mmに裁断した。このようにして、負極を得た。
具体的には、上記電池1の「−負極の作製−」に従って真空蒸着法によりリチウムをシリコン含有膜の各表面上に蒸着させてから、この極板を幅58.5mm、長さ750mmに裁断した。このようにして、負極を得た。
−セパレータの作製−
ポリエチレン膜(厚みが20μm)をN−メチル−2−ピロリドン中に浸漬させた。その後、VDF:HFP=95:5(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN−メチル−2−ピロリドン溶液(濃度3質量%)をポリエチレン膜の片面上に塗布し、ポリエチレン膜とともに乾燥させた。これにより、主体層側ポリマーがポリエチレン膜の片面上に形成された。なお、ポリエチレン膜の厚みと主体層側ポリマーの厚みとの合計は21μmであった。
ポリエチレン膜(厚みが20μm)をN−メチル−2−ピロリドン中に浸漬させた。その後、VDF:HFP=95:5(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN−メチル−2−ピロリドン溶液(濃度3質量%)をポリエチレン膜の片面上に塗布し、ポリエチレン膜とともに乾燥させた。これにより、主体層側ポリマーがポリエチレン膜の片面上に形成された。なお、ポリエチレン膜の厚みと主体層側ポリマーの厚みとの合計は21μmであった。
続いて、PVDFのみを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度12質量%)を主体層側ポリマー層上に塗布してから乾燥させた。乾燥後の厚みは22μmであった。
(電池9)
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各構成を除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池9を作製した。
負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各構成を除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池9を作製した。
具体的には、VDF:HFP=88:12(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)をポリエチレン膜の片面上に塗布して乾燥させた。乾燥後の厚みは20μmであった。乾燥後にポリエチレン膜の断面を観察すると、上記ポリマーがポリエチレン膜の片面に染みこんでいることが分かった。
次に、VDF:HFP=95:5(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN−メチル−2−ピロリドン溶液(濃度3質量%)を主体層側ポリマー層の表面上に塗布してから乾燥させた。乾燥後の厚みは平均21μmであった。
(電池10)
主体層側ポリマー層のみをポリエチレン膜の片面上に形成することを除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池10を作製した。
主体層側ポリマー層のみをポリエチレン膜の片面上に形成することを除いては上記電池8と同様の方法に従って、電池10を作製した。
2.評価方法
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池8〜10を評価した。その評価結果を図6に示す。
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池8〜10を評価した。その評価結果を図6に示す。
〔実施例3〕
実施例3では、負極活物質として黒鉛を用いた。
実施例3では、負極活物質として黒鉛を用いた。
1.非水電解質二次電池の作製方法
(電池11)
負極活物質として黒鉛を用いたことを除いては電池2と同様の方法に従って、電池11を作製した。
(電池11)
負極活物質として黒鉛を用いたことを除いては電池2と同様の方法に従って、電池11を作製した。
−負極の作製−
まず、鱗片状人造黒鉛(負極活物質)を粉砕して、平均粒子径が約20μmになるように分級した。
まず、鱗片状人造黒鉛(負極活物質)を粉砕して、平均粒子径が約20μmになるように分級した。
次に、100質量部の鱗片状人造黒鉛に、3質量部のスチレンブタジエンゴム(結着剤)とカルボキシメチルセルロースを1質量%含む水溶液100質量部とを加えて混合した。これにより、負極合剤スラリーを得た。
続いて、この負極合剤スラリーを厚さ8μmの銅箔(負極集電体)の両面上に塗布して乾燥させ、得られた極板を圧延した。これにより、厚みが0.156mmの負極板が得られた。この負極板に対し、190℃の下、8時間、窒素雰囲気中にて、熱風により熱処理を施した。熱処理後の負極板を裁断して、厚さ0.156mm、幅58.5mm、長さ750mmの負極を得た。なお、電極群を形成したときに正極活物質と対向しない部分(負極の長手方向における端部)に存在する負極活物質を除去した。
それから、VDF:HFP=97:3(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度8質量%)を、負極の表面上に塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmの負極側ポリマー層が形成された。その後、VDF:HFP=85:15(質量比)の比率で共重合されたポリマーを含むジメチルカーボネート溶液(濃度5質量%)を負極側ポリマー層の表面上に塗布して乾燥させた。これにより、厚みが1μmの主体層側ポリマー層が形成された。
そして、負極の長手方向における端部(銅箔が露出している部分)の上に、厚み100μm、幅50mm、長さ50mmのリチウム膜を貼り付けた。
(電池12)
リチウム膜を銅箔に貼り付けることなく負極を作製したことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池12を作製した。
リチウム膜を銅箔に貼り付けることなく負極を作製したことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池12を作製した。
(電池13)
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池13を作製した。
ポリマー層を負極板の表面上に形成しないことを除いては上記電池11と同様の方法に従って、電池13を作製した。
2.評価方法
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池11〜13を評価した。ここで、本実施例では、充放電サイクルにおいて充電終止電圧を4.2Vとし放電終止電圧を2.5Vとした。その評価結果を図7に示す。
上記実施例1における評価方法と同様の評価方法を用いて、電池11〜13を評価した。ここで、本実施例では、充放電サイクルにおいて充電終止電圧を4.2Vとし放電終止電圧を2.5Vとした。その評価結果を図7に示す。
また、本実施例では、電池の容量を測定した。電池の容量は、25℃の環境下、1.4Aの定電流で電圧が4.2Vに至るまで充電を行い、4.2Vの定電圧で電流が50mAになるまで充電を行った後、0.56Aの定電流で電圧が2.5Vに至るまで放電を行ったときの容量である。
〔考察〕
図5〜7に基づいて実施例1〜3の結果を考察する。
図5〜7に基づいて実施例1〜3の結果を考察する。
−実施例1−
電池1〜4では、組立後48時間後の不良率及び500サイクル後の不良率はどちらも0であった。これらの電池を分解して負極、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各断面を観察すると、Fe又はNi等の金属元素の析出物が一部分に観察された。但し、これらの析出物は、セパレータを越えて正極に到達しておらず、負極の表面に沿って形成されていた。
電池1〜4では、組立後48時間後の不良率及び500サイクル後の不良率はどちらも0であった。これらの電池を分解して負極、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層の各断面を観察すると、Fe又はNi等の金属元素の析出物が一部分に観察された。但し、これらの析出物は、セパレータを越えて正極に到達しておらず、負極の表面に沿って形成されていた。
一方、電池5〜7のうち内部短絡が発生した電池を同様に解析したところ、Fe又はNi等の金属元素が針状に析出しており、その析出物がセパレータを突き破って正極に達していた。
電池1〜4及び電池5〜7の各電池においてポリエチレン膜、負極側ポリマー層、主体層側ポリマー層、及び電解液中に存在する金属の総モル数をICP分析で定量したところ、金属の総モル数は、電池1〜7においてほぼ同量であった。つまり、溶解した金属異物の量は、電池1〜4と電池5〜7とで同量であった。しかし、金属異物の析出形状が電池1〜4と電池5〜7とでは相異なったため、電池1〜4では内部短絡が発生しなかったのに対して電池5〜7では内部短絡が発生した。
−実施例2−
実施例1と同様の結果が得られた。
実施例1と同様の結果が得られた。
−実施例3−
電池12の放電容量が電池11及び電池13の各放電容量よりも小さかった。その理由として、負極に対して不可逆容量を補填していないからである,と考えている。
電池12の放電容量が電池11及び電池13の各放電容量よりも小さかった。その理由として、負極に対して不可逆容量を補填していないからである,と考えている。
電池13では、負極側ポリマー層及び主体層側ポリマー層を形成していないので、電池5〜7及び電池10と同様に針状の析出物がセパレータを貫通して正極に到達しており、その結果、内部短絡が発生した。
以上説明したように、本発明は、例えば、民生用機器の電源、自動車に搭載される電源、又は大型工具の電源に有用である。
1 電池ケース
2 封口板
3 ガスケット
4 正極
4A 正極集電体
4B 正極合剤層
5 負極
5A 負極集電体
5B 負極活物質層
6 セパレータ
6A 主体層
6B 第1の薄膜
6C 第2の薄膜
7a 上部絶縁板
7b 下部絶縁板
8 電極群
2 封口板
3 ガスケット
4 正極
4A 正極集電体
4B 正極合剤層
5 負極
5A 負極集電体
5B 負極活物質層
6 セパレータ
6A 主体層
6B 第1の薄膜
6C 第2の薄膜
7a 上部絶縁板
7b 下部絶縁板
8 電極群
Claims (10)
- 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水電解質とが電池ケース内に収容された非水電解質二次電池であって、
前記セパレータは、主体層と、複数の薄膜とを有し、
前記複数の薄膜のそれぞれは、前記主体層よりも薄い膜厚を有しており、前記主体層よりも小さなイオン透過率を有しており、
前記複数の薄膜は、相異なるイオン透過率を有している非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池であって、
前記複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜は、前記負極の表面上に設けられている非水電解質二次電池。 - 請求項2に記載の非水電解質二次電池であって、
前記複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜は、前記負極の表面上に接着されている非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池であって、
前記複数の薄膜は、前記正極から前記負極へ向かうにつれてイオン透過率が小さくなるように配置されている非水電解質二次電池。 - 請求項4に記載の非水電解質二次電池であって、
前記主体層は、前記正極の表面上に設けられており、
前記複数の薄膜のうちイオン透過率が最も大きな薄膜は、前記主体層と一体である非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池であって、
前記複数の薄膜は、相異なるヘキサフルオロプロピレン濃度を有し、
ヘキサフルオロプロピレンの濃度が低い薄膜は、ヘキサフルオロプロピレンの濃度が高い薄膜よりも、小さなイオン透過率を有する非水電解質二次電池。 - 請求項6に記載の非水電解質二次電池であって、
前記複数の薄膜のそれぞれは、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体を含んでいる非水電解質二次電池。 - 請求項6に記載の非水電解質二次電池であって、
前記複数の薄膜のうちイオン透過率が最も小さな薄膜は、ヘキサフルオロプロピレンを含んでおらず、ポリフッ化ビニリデンからなる非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池であって、
前記正極は、リチウムと前記リチウム以外の金属である第1の金属と酸素とを含む複合酸化物を有し、
前記正極及び前記負極が有するリチウムの総モル数をx[mol]とし、前記複合酸化物における前記第1の金属の総モル数をy[mol]としたとき、x/yは1.05よりも大きい非水電解質二次電池。 - 請求項9に記載の非水電解質二次電池であって、
前記負極は、珪素、錫、又は、珪素若しくは錫を含む化合物を有している非水電解質二次電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009281856 | 2009-12-11 | ||
JP2009281856 | 2009-12-11 | ||
PCT/JP2010/006405 WO2011070710A1 (ja) | 2009-12-11 | 2010-10-29 | 非水電解質二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2011070710A1 true JPWO2011070710A1 (ja) | 2013-04-22 |
Family
ID=44145278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011513564A Pending JPWO2011070710A1 (ja) | 2009-12-11 | 2010-10-29 | 非水電解質二次電池 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110287297A1 (ja) |
JP (1) | JPWO2011070710A1 (ja) |
CN (1) | CN102282698A (ja) |
WO (1) | WO2011070710A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014156891A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 新神戸電機株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5112645A (ja) * | 1974-07-19 | 1976-01-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | |
JPH06105610B2 (ja) * | 1987-09-18 | 1994-12-21 | 三洋電機株式会社 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
JP2981238B2 (ja) * | 1989-08-25 | 1999-11-22 | 旭化成工業株式会社 | 電池用セパレーター |
JP2004193116A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
WO2008126370A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Panasonic Corporation | 非水電解質二次電池用活物質およびその製造法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5418091A (en) * | 1993-03-05 | 1995-05-23 | Bell Communications Research, Inc. | Polymeric electrolytic cell separator membrane |
US6800397B2 (en) * | 2000-07-06 | 2004-10-05 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Non-aqueous electrolyte secondary battery and process for the preparation thereof |
US20040115523A1 (en) * | 2001-02-14 | 2004-06-17 | Hayato Hommura | Non-aqueous electrolyte battery |
DE202011107531U1 (de) * | 2011-11-07 | 2011-12-15 | Bdt Media Automation Gmbh | Vorrichtung zum Heben und Positionieren eines Objekts |
-
2010
- 2010-10-29 CN CN2010800044777A patent/CN102282698A/zh active Pending
- 2010-10-29 WO PCT/JP2010/006405 patent/WO2011070710A1/ja active Application Filing
- 2010-10-29 JP JP2011513564A patent/JPWO2011070710A1/ja active Pending
- 2010-10-29 US US13/147,520 patent/US20110287297A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5112645A (ja) * | 1974-07-19 | 1976-01-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | |
JPH06105610B2 (ja) * | 1987-09-18 | 1994-12-21 | 三洋電機株式会社 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
JP2981238B2 (ja) * | 1989-08-25 | 1999-11-22 | 旭化成工業株式会社 | 電池用セパレーター |
JP2004193116A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
WO2008126370A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Panasonic Corporation | 非水電解質二次電池用活物質およびその製造法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011070710A1 (ja) | 2011-06-16 |
US20110287297A1 (en) | 2011-11-24 |
CN102282698A (zh) | 2011-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5954674B2 (ja) | 電池および電池の製造方法 | |
JP2008300302A (ja) | 非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用正極の製造方法 | |
WO2010134258A1 (ja) | 非水電解質二次電池用電極板及び非水電解質二次電池 | |
US20090208835A1 (en) | Battery pack | |
JP5331333B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2008311164A (ja) | 非水電解質二次電池および非水電解質二次電池用電極の製造方法 | |
JP5512057B2 (ja) | 円筒型電池 | |
JP5325227B2 (ja) | 非水電解質二次電池用電極板及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 | |
KR101630551B1 (ko) | 전기 디바이스용 부극 활물질, 전기 디바이스용 부극 및 전기 디바이스 | |
JP2014225324A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
US11495800B2 (en) | Electrode for power storage device and method for producing same | |
WO2011016183A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2011100694A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP5257569B2 (ja) | 二次電池 | |
JP2013131427A (ja) | ラミネート電池 | |
JP6656370B2 (ja) | リチウムイオン二次電池および組電池 | |
JP2013179067A (ja) | 二次電池および二次電池用セパレータ | |
WO2011070710A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
CN114097109A (zh) | 无锂电池及其制备方法 | |
JP5626170B2 (ja) | 電池 | |
WO2017094719A1 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
US20220367916A1 (en) | Electrolyte and lithium metal secondary battery comprising same | |
JP2013137942A (ja) | 非水電解質二次電池用負極およびそれを用いた非水電解質二次電池 | |
CN114788046A (zh) | 锂金属电池用负极、其制造方法和包含其的锂金属电池 | |
JP2022551689A (ja) | リチウムフリー電池、およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130312 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130716 |