JPWO2016103971A1 - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記蓄電装置において、前記比表面積S1及び前記比表面積S2はBET比表面積であることが好ましい。
図1に示すように、本実施形態の蓄電装置10は、リチウムイオン二次電池であるが、例えばリチウムイオンキャパシタなどであってもよい。また、蓄電装置10は、乗用車や産業用車などの車載用であってもよく、定置用であってもよい。
(1)本実施形態によれば、正極活物質の比表面積S1と負極活物質の比表面積S2の比を0.05以上0.3以下とすることで、金属リチウム基準で負極電位が0Vを下回らないときの電極16,17間の電位差が小さくなることを抑制できる。したがって、容量が低下することを抑制できる。
[試験1]
<試料の作製>
(試料a1)
[正極電極の作製]
正極活物質としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(比表面積S1=0.15m2/g)と、導電助剤として鱗片状黒鉛と、バインダとしてPVDFと、溶媒としてNMPとを混練し、ペースト状である正極用の合剤を得た。続けて、厚さ15μmのアルミニウム箔に対して正極用の合剤を塗布し、さらに乾燥及びプレスして正極活物質層を形成した後にシート状に切り出して正極電極を得た。なお、正極用の合剤の固形分比率は、次のとおりである。
また、正極活物質層の密度は3.13g/cm3、空隙率は20%である。
[負極電極の作製]
負極活物質として黒鉛(比表面積S2=4.42m2/g)と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)と、バインダとしてスチレンブタジエンゴム(SBR)と、溶媒として水とを混練し、ペースト状である負極用の合剤を得た。続けて、厚さ10μmの銅箔に対して負極用の合剤を塗布し、さらに乾燥及びプレスして負極活物質層を形成した。なお、負極用の合剤の固形分比率は、次のとおりである。
また、負極活物質層の密度は1.40g/cm3、空隙率は35%である。
次に、絶縁性粒子として酸化アルミニウムと、バインダとしてPVDFと、溶媒としてNMPとを混練してペースト状の合剤を得るとともに、該合剤を負極活物質層の表面に塗布し、さらに乾燥させて耐熱層を形成した。その後、シート状に切り出して負極電極を得た。
作製した正極電極と負極電極とについて、正極活物質層におけるNMPの含有量C1(ppm)と、負極活物質層及び耐熱層におけるNMPの含有量C2(ppm)との比(C1/C2)が1.1となるように乾燥させ、各電極におけるNMPの含有量を調整した。なお、試料a1では、正極活物質層におけるNMPの含有量C1(正極NMP含有量C1)は92ppm、負極活物質層におけるNMPの含有量C2(負極NMP含有量C2)は86ppmであった。
正極電極に比表面積S1が0.24m2/gの正極活物質を用い、負極電極に比表面積S2が4.42m2/gの負極活物質を用い、正極活物質の比表面積S1と負極活物質の比表面積S2との比(S1/S2)が0.05である試料a2を作製した。なお、試料a2〜a7では、正極活物質及び負極活物質の比表面積が試料a1と異なるものの、作製手順は試料a1と同様であるので詳細な説明を省略する。試料a2では、正極NMP含有量C1は95ppm、負極NMP含有量C2は86ppmであった。
正極電極に比表面積S1が0.50m2/gの正極活物質を用い、負極電極に比表面積S2が3.38m2/gの負極活物質を用い、正極活物質の比表面積S1と負極活物質の比表面積S2との比(S1/S2)が0.15である試料a3を作製した。試料a3では、正極NMP含有量C1は115ppm、負極NMP含有量C2は102ppmであった。
正極電極に比表面積S1が0.69m2/gの正極活物質を用い、負極電極に比表面積S2が2.80m2/gの負極活物質を用い、正極活物質の比表面積S1と負極活物質の比表面積S2との比(S1/S2)が0.25である試料a4を作製した。試料a4では、正極NMP含有量C1は137ppm、負極NMP含有量C2は125ppmであった。
正極電極に比表面積S1が0.69m2/gの正極活物質を用い、負極電極に比表面積S2が2.3m2/gの負極活物質を用い、正極活物質の比表面積S1と負極活物質の比表面積S2との比(S1/S2)が0.3である試料a5を作製した。試料a5では、正極NMP含有量C1は137ppm、負極NMP含有量C2は125ppmであった。
正極電極に比表面積S1が0.69m2/gの正極活物質を用い、負極電極に比表面積S2が2.12m2/gの負極活物質を用い、正極活物質の比表面積S1と負極活物質の比表面積S2との比(S1/S2)が0.33である試料a6を作製した。試料a6では、正極NMP含有量C1は137ppm、負極NMP含有量C2は125ppmであった。
正極電極に比表面積S1が0.69m2/gの正極活物質を用い、負極電極に比表面積S2が1.74m2/gの負極活物質を用い、正極活物質の比表面積S1と負極活物質の比表面積S2との比(S1/S2)が0.40である試料a7を作製した。試料a7では、正極NMP含有量C1は137ppm、負極NMP含有量C2は125ppmであった。
作製した試料a1〜a7について、25℃の環境温度のもと、1Cの電流レートによる充電を行うとともに、負極電位が金属リチウム基準で0Vを下回るときの電極間電圧を測定した。その結果を表1に示す。なお、負極電位が金属リチウム基準で0Vを下回るときの電極間電圧(負極電位が0Vとなるセル電圧)が基準電圧Va(ここでは3.93Vとした)以上である場合、合格判定とした。
次に、合格判定となった試料a1〜a5を60℃の環境下で100日にわたって保存してエイジングを行ったのち、「電位の測定(1)」と同様にして、負極電位が金属リチウム基準で0Vを下回るときの電極間電圧を測定した。その結果を表2に示す。
[試験2]
<試料の作製>
(試料b1)
[正極電極の作製]
正極活物質としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(比表面積S1=0.24m2/g)と、導電助剤として鱗片状黒鉛と、バインダとしてPVDFと、溶媒としてNMPとを混練し、ペースト状である正極用の合剤を得た。続けて、厚さ15μmのアルミニウム箔に対して正極用の合剤を塗布し、さらに乾燥及びプレスして正極活物質層を形成した後にシート状に切り出して正極電極を得た。
負極活物質として黒鉛(比表面積S2=4.42m2/g)と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)と、バインダとしてスチレンブタジエンゴム(SBR)と、溶媒として水とを混練し、ペースト状である負極用の合剤を得た。続けて、厚さ10μmの銅箔に対して負極用の合剤を塗布し、さらに乾燥及びプレスして負極活物質層を形成した。
正極活物質層におけるNMPの含有量C1が146ppmに、負極活物質層及び耐熱層におけるNMPの含有量C2が58ppmとなるように各電極を乾燥させ、NMPの含有量C1,C2の比(C1/C2)が2.5となるように調整した。そして、作製した正極電極と負極電極との間にセパレータを介在させた状態で基準(参照)電極を設置して評価用セルを作製した。基準電極としては、予め金属リチウム基準で3.43Vの電位に調整したLiFePO4を用いた。その後、60℃の環境下で100日にわたって保存してエイジングし、試料b1とした。
正極活物質層におけるNMPの含有量C1が95ppmに、負極活物質層及び耐熱層におけるNMPの含有量C2が86ppmとなるように各電極を乾燥させ、NMPの含有量C1,C2の比(C1/C2)が1.1となるように調整し、試料b2を作製した。なお、試料b2〜b4では、含有量C1,C2の比(C1/C2)が試料b1と異なるものの、作製手順は試料b1と同様であるので詳細な説明を省略する。
正極活物質層におけるNMPの含有量C1が67ppmに、負極活物質層及び耐熱層におけるNMPの含有量C2が167ppmとなるように各電極を乾燥させ、NMPの含有量C1,C2の比(C1/C2)が0.4となるように調整し、試料b3を作製した。
正極活物質層におけるNMPの含有量C1が52ppmに、負極活物質層及び耐熱層におけるNMPの含有量C2が260ppmとなるように各電極を乾燥させ、NMPの含有量C1,C2の比(C1/C2)が0.2となるように調整し、試料b4を作製した。
作製した試料b1〜b4について、25℃の環境温度のもと、1Cの電流レートによる充電を行うとともに、負極電位が金属リチウム基準で0Vを下回るときの電極間電圧を測定した。その結果を表3に示す。なお、負極電位が金属リチウム基準で0Vを下回るときの電極間電圧が基準電圧Va(ここでは3.93Vとした)以上である場合、合格判定とした。
負極電極17が負極活物質層17bの表面を覆う耐熱層17dを有する構成に代えて、例えば、セパレータ18の負極活物質層17bと対向する表面に耐熱層を設けたり、シート状の耐熱材を負極電極17とセパレータ18との間に設けたりしてもよい。
Claims (5)
- 正極電極と負極電極とが相互に絶縁された状態で層状に重なっている電極組立体と、
前記電極組立体を収容しているケースと、
前記ケースの外部に突出し、且つ前記電極組立体と電気的に接続されている電極端子と、を備え、
前記正極電極は、金属箔と、該金属箔の少なくとも一部を覆っている正極活物質層とを有し、前記正極活物質層には正極活物質を含んでおり、
前記負極電極は、金属箔と、該金属箔の少なくとも一部を覆っている負極活物質層とを有しており、前記負極活物質層には負極活物質を含んでおり、
前記正極活物質の比表面積S1と前記負極活物質の比表面積S2の比(S1/S2)が0.05以上0.3以下である蓄電装置。 - 前記正極電極におけるN−メチル−2−ピロリドンの含有量C1と、前記負極電極におけるN−メチル−2−ピロリドンの含有量C2との比(C1/C2)が1以上である請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置はリチウムイオン二次電池である請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
- 前記正極活物質はニッケルを含み、前記負極活物質は炭素材料である請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記比表面積S1及び前記比表面積S2はBET比表面積である請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
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