KR102160332B1 - 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템 - Google Patents

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Abstract

전지는 정극과, 부극과, 부극 활물질을 포함하는 전해질층을 구비한다.

Description

전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템
본 기술은 전지, 그것을 구비하는 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템에 관한 것이다.
최근 몇년간, 전지는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 전동 공구 및 전기 자동차 등의 전원으로서 널리 사용되고 있다. 전지 특성은, 사용하는 전극, 전해질 및 세퍼레이터에 크게 좌우되기 때문에, 그것들의 부재에 대하여 여러 가지 기술이 제안되고 있다.
예를 들어 이하의 기술이 제안되어 있다.
특허문헌 1에서는, 고분자 고체 전해질의 이온 전도성 등을 개선하기 위해서, 겔상 전해질층 및 전극 구조물 내의 고분자 고체 전해질로서 폴리불화비닐리덴 공중합체가 제안되어 있다.
특허문헌 2에서는, 세퍼레이터의 내열성을 향상시키기 위해서, 전해질층에 세라믹 재료 또는 유기 고분자 재료를 포함하는 절연성 입자를 갖는 세퍼레이터가 제안되어 있다.
특허문헌 3에서는, 도전성 고분자 조성물을 포함하는 가교 고분자 전해질 벽체가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 평11-130821호 공보 일본 특허 공개 제2007-258160호 공보 일본 특허 공개 제2001-214050호 공보
본 기술의 목적은 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 전지, 그것을 구비하는 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 기술은 정극과, 부극과, 부극 활물질을 포함하는 전해질층을 구비하는 전지이다.
본 기술의 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템은, 상술한 전지를 구비하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 기술에 의하면, 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 기술의 제1 실시 형태에 따른 비수 전해질 이차 전지의 일 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 권회 전극체의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 3a는, 본 기술의 제1 실시 형태 변형예 1에 관한 비수 전해질 이차 전지의 일 구성예를 도시하는 단면도이다. 도 3b는, 본 기술의 제1 실시 형태 변형예 2에 관한 비수 전해질 이차 전지의 일 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 4는, 본 기술의 제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 이차 전지의 일 구성예를 도시하는 분해 사시도이다.
도 5는, 도 4의 V-V선을 따른 권회 전극체의 단면도이다.
도 6은, 본 기술의 제3 실시 형태에 따른 전지 팩 및 전자 기기의 일 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 7은, 본 기술의 제4 실시 형태에 따른 축전 시스템의 일 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 8은, 본 기술의 제5 실시 형태에 따른 전동 차량의 일 구성을 도시하는 개략도이다.
본 기술의 실시 형태에 대하여 이하의 순서로 설명한다.
1 제1 실시 형태(원통형 전지의 예)
2 제2 실시 형태(라미네이트 필름형 전지의 예)
3 제3 실시 형태(전지 팩 및 전자 기기의 예)
4 제4 실시 형태(축전 시스템의 예)
5 제5 실시 형태(전동 차량의 예)
<1 제1 실시 형태>
[전지의 구성]
이하, 도 1을 참조하면서, 본 기술의 제1 실시 형태에 따른 비수 전해질 이차 전지(이하 간단히 「전지」라고 함)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 이 전지는, 예를 들어 부극의 용량이, 전극 반응 물질인 리튬(Li)의 흡장 및 방출에 의한 용량 성분에 의해 표시되는 리튬 이온 이차 전지이다. 이 전지는 소위 원통형이라고 하는 것이고, 거의 중공 원기둥 형상의 전지 캔(11)의 내부에, 한 쌍의 띠 형상 정극(21)과 띠 형상의 부극(22)이 세퍼레이터(23)를 개재하여 적층되어 권회된 권회 전극체(20)를 갖고 있다.
부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에는, 고분자층으로서의 전해질층(27)이 설치되어 있다. 전해질층(27)은 부극(22)에 인접하여 설치되고, 세퍼레이터(23)를 개재하여 정극(21)으로부터 이격하여 설치되어 있다.
전지 캔(11)은 니켈(Ni)이 도금된 철(Fe)에 의해 구성되어 있고, 일단부가 폐쇄되고 타단부가 개방되어 있다. 전지 캔(11)의 내부에는, 액상의 전해질로서 전해액이 주입되어, 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)에 함침되어 있다. 또한, 전해액은, 전해질층(27)에 유지되어 있다. 권회 전극체(20)를 사이에 두도록 권회 둘레면에 대하여 수직으로 한 쌍의 절연판(12, 13)이 각각 배치되어 있다.
전지 캔(11)의 개방 단부에는, 전지 덮개(14)와, 이 전지 덮개(14)의 내측에 설치된 안전 밸브 기구(15) 및 열감 저항 소자(Positive Temperature Coefficient; PTC 소자)(16)가, 밀봉 가스킷17)을 개재하여 코오킹면에만로써 설치되어 있다. 이에 의해, 전지 캔(11)의 내부는 밀폐되어 있다. 전지 덮개(14)는, 예를 들어 전지 캔(11)과 동일한 재료에 의해 구성되어 있다. 안전 밸브 기구(15)는 전지 덮개(14)와 전기적으로 접속되어 있고, 내부 단락 또는 외부로부터의 가열 등에 의해 전지의 내압이 일정 이상이 되었을 경우에, 디스크판(15A)이 반전하여 전지 덮개(14)와 권회 전극체(20)의 전기적 접속을 절단하도록 되어 있다. 밀봉 가스켓(17)은, 예를 들어 절연 재료에 의해 구성되어 있고, 표면에는 아스팔트가 도포되어 있다.
권회 전극체(20)의 중심에는, 예를 들어 센터 핀(24)이 삽입되어 있다. 권회 전극체(20)의 정극(21)에는 알루미늄(Al) 등을 포함하는 정극 리드(25)가 접속되어 있고, 부극(22)에는 니켈 등을 포함하는 부극 리드(26)가 접속되어 있다. 정극 리드(25)는 안전 밸브 기구(15)에 용접됨으로써 전지 덮개(14)와 전기적으로 접속되어 있고, 부극 리드(26)는 전지 캔(11)에 용접되어 전기적으로 접속되어 있다.
이하, 도 2를 참조하면서, 전지를 구성하는 정극(21), 부극(22), 세퍼레이터(23), 전해액 및 전해질층(27)에 대하여 순차 설명한다.
(정극)
정극(21)은, 예를 들어 정극 집전체(21A)의 양면에 정극 활물질층(21B)이 설치된 구조를 갖고 있다. 또한, 도시는 하지 않지만, 정극 집전체(21A)의 편면에만 정극 활물질층(21B)을 설치할 수도 있다. 정극 집전체(21A)는, 예를 들어 알루미늄박, 니켈박 또는 스테인리스박 등의 금속박에 의해 구성되어 있다. 정극 활물질층(21B)은, 예를 들어 전극 반응 물질인 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 활물질을 포함하고 있다. 정극 활물질층(21B)은, 필요에 따라 첨가제를 더 포함하고 있어도 된다. 첨가제로서는, 예를 들어 도전제 및 결착제 중 적어도 1종을 사용할 수 있다.
(정극 활물질)
리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 활물질로서는, 예를 들어 리튬 산화물, 리튬인 산화물, 리튬 황화물 또는 리튬을 포함하는 층간 화합물 등의 리튬 함유 화합물이 적당하고, 이들의 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 에너지 밀도를 높게 하기 위해서는, 리튬과 전이 금속 원소와 산소(O)를 포함하는 리튬 함유 화합물이 바람직하다. 이러한 리튬 함유 화합물로서는, 예를 들어 식 (A)에 나타낸 층상 암염형의 구조를 갖는 리튬 복합 산화물, 식 (B)에 나타낸 올리빈형의 구조를 갖는 리튬 복합 인산염 등을 들 수 있다. 리튬 함유 화합물로서는, 전이 금속 원소로서, 코발트(Co), 니켈, 망간(Mn) 및 철로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것이면 보다 바람직하다. 이러한 리튬 함유 화합물로서는, 예를 들어 식 (C), 식 (D) 또는 식 (E)에 나타낸 층상 암염형의 구조를 갖는 리튬 복합 산화물, 식 (F)에 나타낸 스피넬형의 구조를 갖는 리튬 복합 산화물 또는 식 (G)에 나타낸 올리빈형의 구조를 갖는 리튬 복합 인산염 등을 들 수 있고, 구체적으로는, LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2, LiaCoO2(a≒1), LibNiO2(b≒1), Lic1Nic2Co1 - c2O2(c1≒1, 0<c2<1), LidMn2O4(d≒1) 또는 LieFePO4(e≒1) 등이 있다.
LipNi(1-q-r)MnqM1rO(2-y)Xz ···(A)
(단, 식 (A) 중, M1은 니켈, 망간을 제외한 2족 내지 15족으로부터 선택되는 원소 중 적어도 1종을 나타내고, X는 산소 이외의 16족 원소 및 17족 원소 중 적어도 1종을 나타내고, p, q, y, z는 0≤p≤1.5, 0≤q≤1.0, 0≤r≤1.0, -0.10≤y≤0.20, 0≤z≤0.2의 범위 내의 값임)
LiaM2bPO4 ···(B)
(단, 식 (B) 중, M2는 2족 내지 15족으로부터 선택되는 원소 중 적어도 1종을 나타내고, a, b는 0≤a≤2.0, 0.5≤b≤2.0의 범위 내의 값임)
LifMn(1-g-h)NigM3hO(2-j)Fk ···(C)
(단, 식 (C) 중, M3은 코발트, 마그네슘(Mg), 알루미늄, 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철, 구리(Cu), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타내고, f, g, h, j 및 k는 0.8≤f≤1.2, 0<g<0.5, 0≤h≤0.5, g+h<1, -0.1≤j≤0.2, 0≤k≤0.1의 범위 내의 값이고, 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, f의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
LimNi(1-n)M4nO(2-p)Fq ···(D)
(단, 식 (D) 중, M4는 코발트, 망간, 마그네슘, 알루미늄, 붕소, 티타늄, 바나듐, 크롬, 철, 구리, 아연, 몰리브덴, 주석, 칼슘, 스트론튬 및 텅스텐으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타내고, m, n, p 및 q는 0.8≤m≤1.2, 0.005≤n≤0.5, -0.1≤p≤0.2, 0≤q≤0.1의 범위 내의 값이고, 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, m의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
LirCo(1-s)M5sO(2-t)Fu ···(E)
(단, 식 (E) 중, M5는 니켈, 망간, 마그네슘, 알루미늄, 붕소, 티타늄, 바나듐, 크롬, 철, 구리, 아연, 몰리브덴, 주석, 칼슘, 스트론튬 및 텅스텐으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타내고, r, s, t 및 u는 0.8≤r≤1.2, 0≤s<0.5, -0.1≤t≤0.2, 0≤u≤0.1의 범위 내의 값이고, 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, r의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
LivMn2 - wM6wOxFy ···(F)
(단, 식 (F) 중, M6은 코발트, 니켈, 마그네슘, 알루미늄, 붕소, 티타늄, 바나듐, 크롬, 철, 구리, 아연, 몰리브덴, 주석, 칼슘, 스트론튬 및 텅스텐으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타내고, v, w, x 및 y는 0.9≤v≤1.1, 0≤w≤0.6, 3.7≤x≤4.1, 0≤y≤0.1의 범위 내의 값이고, 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, v의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
LizM7PO4 ···(G)
(단, 식 (G) 중, M7은 코발트, 망간, 철, 니켈, 마그네슘, 알루미늄, 붕소, 티타늄, 바나듐, 니오븀(Nb), 구리, 아연, 몰리브덴, 칼슘, 스트론튬, 텅스텐 및 지르코늄으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타내고, z는 0.9≤z≤1.1의 범위 내의 값이고, 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, z의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 활물질로서는, 이들 밖에도, MnO2, V2O5, V6O13, NiS, MoS 등의 리튬을 포함하지 않는 무기 화합물도 들 수 있다.
리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 활물질은, 상기 이외의 것이어도 된다. 또한, 상기에서 예시한 정극 활물질은, 임의의 조합으로 2종 이상 혼합되어도 된다.
(결착제)
결착제로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 스티렌부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 수지 재료, 및 이들 수지 재료를 주체로 하는 공중합체 등으로부터 선택되는 적어도 1종이 사용된다.
(도전제)
도전제로서는, 예를 들어 흑연, 카본 블랙 또는 케첸 블랙 등의 탄소 재료를 들 수 있고, 그들 중의 1종 또는 2종 이상이 혼합하여 사용된다. 또한, 탄소 재료 이외에도, 도전성을 갖는 재료라면 금속 재료 또는 도전성 고분자 재료 등을 사용하도록 해도 된다.
(부극)
부극(22)은, 예를 들어 부극 집전체(22A)의 양면에 부극 활물질층(22B)이 설치된 구조를 갖고 있다. 또한, 도시는 하지 않지만, 부극 집전체(22A)의 편면에만 부극 활물질층(22B)을 설치할 수도 있다. 부극 집전체(22A)는, 예를 들어 구리박, 니켈박 또는 스테인리스박 등의 금속박에 의해 구성되어 있다.
부극 활물질층(22B)은, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 1종 또는 2종 이상의 부극 활물질을 포함하고 있다. 부극 활물질층(22B)은, 필요에 따라 결착제나 도전제 등의 첨가제를 더 포함하고 있어도 된다.
또한, 이 비수 전해질 전지에서는, 부극(54) 또는 부극 활물질의 전기 화학 당량이, 정극(21)의 전기 화학 당량보다도 크게 되어 있어, 이론상, 충전의 도중에 있어서 부극(22)에 리튬 금속이 석출하지 않게 되어 있는 것이 바람직하다.
(부극 활물질)
부극 활물질로서는, 예를 들어 난흑연화성 탄소, 이흑연화성 탄소, 흑연, 열분해 탄소류, 코크스류, 유리상 탄소류, 유기 고분자 화합물 소성체, 탄소 섬유 또는 활성탄 등의 탄소 재료를 들 수 있다. 이 중, 코크스류에는 피치 코크스, 니들 코크스 또는 석유 코크스 등이 있다. 유기 고분자 화합물 소성체라고 하는 것은, 페놀 수지나 푸란 수지 등의 고분자 재료를 적당한 온도에서 소성하여 탄소화한 것을 말하고, 일부에는 난흑연화성 탄소 또는 이흑연화성 탄소로 분류되는 것도 있다. 이들 탄소 재료는, 충반전 시에 발생하는 결정 구조의 변화가 매우 적고, 높은 충방전 용량을 얻을 수 있음과 함께, 양호한 사이클 특성을 얻을 수 있으므로 바람직하다. 특히 흑연은, 전기 화학 당량이 크고, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있어 바람직하다. 또한, 난흑연화성 탄소는, 우수한 사이클 특성이 얻어지므로 바람직하다. 추가로 또한, 충방전 전위가 낮은 것, 구체적으로는 충방전 전위가 리튬 금속에 가까운 것이, 전지의 고에너지 밀도화를 용이하게 실현할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 고용량화가 가능한 다른 부극 활물질로서는, 금속 원소 및 반금속 원소 중 적어도 1종을 구성 원소(예를 들어, 합금, 화합물 또는 혼합물)로서 포함하는 재료도 들 수 있다. 이러한 재료를 사용하면, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 특히, 탄소 재료와 함께 사용하도록 하면, 고에너지 밀도를 얻을 수 있음과 함께, 우수한 사이클 특성을 얻을 수 있으므로 보다 바람직하다. 또한, 본 기술에 있어서, 합금에는 2종 이상의 금속을 포함하는 것에 가하여, 1종 이상의 금속 원소와 1종 이상의 반금속 원소를 포함하는 것도 포함한다. 또한, 비금속 원소를 포함하고 있어도 된다. 그 조직에는 고용체, 공정(공융 혼합물), 금속 간 화합물 또는 그것들에 추가로 2종 이상이 공존하는 경우가 있다.
이러한 부극 활물질로서는, 예를 들어 리튬과 합금을 형성하는 것이 가능한 금속 원소 또는 반금속 원소를 들 수 있다. 구체적으로는 마그네슘, 붕소, 알루미늄, 티타늄, 갈륨(Ga), 인듐(In), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석, 납(Pb), 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 아연, 하프늄(Hf), 지르코늄, 이트륨(Y), 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt)을 들 수 있다. 이들은 결정질의 것이어도 아몰퍼스의 것이어도 된다.
부극 활물질로서는, 단주기형 주기율표에 있어서의 4B족의 금속 원소 또는 반금속 원소를 구성 원소로서 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 것은 규소 및 주석 중 적어도 한쪽을 구성 원소로서 포함하는 것이다. 규소 및 주석은, 리튬을 흡장 및 방출하는 능력이 크고, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 이러한 부극 활물질로서는, 예를 들어 규소의 단체, 합금 또는 화합물이나, 주석의 단체, 합금 또는 화합물이나, 그것들의 1종 또는 2종 이상의 상을 적어도 일부에 갖는 재료를 들 수 있다.
규소의 합금으로서는, 예를 들어 규소 이외의 제2 구성 원소로서, 주석, 니켈, 구리, 철, 코발트, 망간, 아연, 인듐, 은, 티타늄, 게르마늄, 비스무트, 안티몬(Sb) 및 크롬으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것을 들 수 있다. 주석의 합금으로서는, 예를 들어 주석 이외의 제2 구성 원소로서, 규소, 니켈, 구리, 철, 코발트, 망간, 아연, 인듐, 은, 티타늄, 게르마늄, 비스무트, 안티몬 및 크롬으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것을 들 수 있다.
주석의 화합물 또는 규소의 화합물로서는, 예를 들어 산소 또는 탄소를 포함하는 것을 들 수 있고, 주석 또는 규소에 추가로, 상술한 제2 구성 원소를 포함하고 있어도 된다.
그 중에서도, Sn계의 부극 활물질로서는, 코발트와, 주석과, 탄소를 구성 원소로서 포함하고, 탄소의 함유량이 9.9질량％ 이상 29.7질량％ 이하이고, 또한 주석과 코발트의 합계에 대한 코발트의 비율이 30질량％ 이상 70질량％ 이하인 SnCoC 함유 재료가 바람직하다. 이러한 조성 범위에서 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있음과 함께, 우수한 사이클 특성을 얻을 수 있기 때문이다.
이 SnCoC 함유 재료는, 필요에 따라서 추가로 다른 구성 원소를 포함하고 있어도 된다. 다른 구성 원소로서는, 예를 들어 규소, 철, 니켈, 크롬, 인듐, 니오븀, 게르마늄, 티타늄, 몰리브덴, 알루미늄, 인(P), 갈륨 또는 비스무트가 바람직하고, 2종 이상을 포함하고 있어도 된다. 용량 또는 사이클 특성을 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 이 SnCoC 함유 재료는 주석과, 코발트와, 탄소를 포함하는 상을 갖고 있고, 이 상은 결정성이 낮은 또는 비정질의 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 SnCoC 함유 재료에서는, 구성 원소인 탄소의 적어도 일부가, 다른 구성 원소인 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있는 것이 바람직하다. 사이클 특성의 저하는 주석 등이 응집 또는 결정화하기 때문이라고 생각할 수 있는데, 탄소가 다른 원소와 결합함으로써, 그러한 응집 또는 결정화를 억제할 수 있기 때문이다.
원소의 결합 상태를 조사하는 측정 방법으로서는, 예를 들어 X선 광전자 분광법(XPS)을 들 수 있다. XPS에서는, 탄소의 1s 궤도(C1s)의 피크는, 그래파이트라면, 금 원자의 4f 궤도(Au4f)의 피크가 84.0eV에 얻어지도록 에너지 교정된 장치에 있어서, 284.5eV에 나타난다. 또한, 표면 오염 탄소라면, 284.8eV에 나타난다. 이에 비해, 탄소 원소의 전하 밀도가 높아지는 경우, 예를 들어 탄소가 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있는 경우에는, C1s의 피크는 284.5eV보다도 낮은 영역에 나타난다. 즉, SnCoC 함유 재료에 대하여 얻어지는 C1s의 합성파의 피크가 284.5eV보다도 낮은 영역에 나타나는 경우에는, SnCoC 함유 재료에 포함되는 탄소의 적어도 일부가 다른 구성 원소인 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있다.
또한, XPS 측정에서는, 스펙트럼의 에너지 축의 보정에, 예를 들어 C1s의 피크를 사용한다. 통상, 표면에는 표면 오염 탄소가 존재하고 있으므로, 표면 오염 탄소의 C1s의 피크를 284.8eV로 하고, 이것을 에너지 기준으로 한다. XPS 측정에서는, C1s의 피크의 파형은 표면 오염 탄소의 피크와 SnCoC 함유 재료 중의 탄소의 피크를 포함한 형으로서 얻어지므로, 예를 들어 시판하고 있는 소프트웨어를 사용하여 해석함으로써, 표면 오염 탄소의 피크와, SnCoC 함유 재료 중의 탄소의 피크를 분리한다. 파형의 해석에서는, 최저 속박 에너지측에 존재하는 주 피크의 위치를 에너지 기준(284.8eV)으로 한다.
기타의 부극 활물질로서는, 예를 들어 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 금속 산화물 또는 고분자 화합물 등도 들 수 있다. 금속 산화물로서는, 예를 들어 티타늄산리튬(Li4Ti5O12) 등의 티타늄과 리튬을 포함하는 리튬티타늄 산화물, 산화철, 산화루테늄 또는 산화몰리브덴 등을 들 수 있다. 고분자 화합물로서는, 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리아닐린 또는 폴리피롤 등을 들 수 있다.
(결착제)
결착제로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌부타디엔 고무 및 카르복시메틸셀룰로오스 등의 수지 재료, 및 이들 수지 재료를 주체로 하는 공중합체 등으로부터 선택되는 적어도 1종이 사용된다.
(도전제)
도전제로서는, 정극 활물질층(21B)과 동일한 탄소 재료 등을 사용할 수 있다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터(23)는 정극(21)과 부극(22)을 격리하고, 양극의 접촉에 의한 전류의 단락을 방지하면서, 리튬 이온을 통과시키는 것이다. 세퍼레이터(23)는, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 등의 수지제의 다공질막에 의해 구성되어 있고, 이들 2종 이상의 다공질막을 적층한 구조로 되어 있어도 된다. 그 중에서도, 폴리올레핀제의 다공질막은 단락 방지 효과에 우수하고, 또한 셧 다운 효과에 의한 전지의 안전성 향상을 도모할 수 있으므로 바람직하다. 특히 폴리에틸렌은 100℃ 이상 160℃ 이하의 범위 내에서 셧 다운 효과를 얻을 수 있고, 또한 전기 화학적 안정성도 우수하므로, 세퍼레이터(23)를 구성하는 재료로서 바람직하다. 그 밖에도, 화학적 안정성을 구비한 수지를, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 공중합 또는 블렌드화한 재료를 사용할 수 있다. 또는, 다공질막은 폴리프로필렌층과, 폴리에틸렌층과, 폴리프로필렌층을 순차적으로 적층한 3층 이상의 구조를 갖고 있어도 된다.
또한, 세퍼레이터(23)는 기재인 다공질막의 편면 또는 양면에 수지층이 설치되어 있어도 된다. 수지층은, 무기물이 담지된 다공성의 매트릭스 수지층이다. 이에 의해, 내산화성을 얻을 수 있고, 세퍼레이터(23)의 열화를 억제할 수 있다. 매트릭스 수지로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴, 헥사플루오로프로필렌(HFP), 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 사용할 수 있고, 또한, 이들의 공중합체를 사용하는 것도 가능하다.
무기물로서는 금속, 반도체, 또는 이들의 산화물, 질화물을 들 수 있다. 예를 들어, 금속으로서는 알루미늄, 티타늄 등을 들 수 있고, 반도체로서는 규소, 붕소 등을 들 수 있다. 또한, 무기물로서는, 실질적으로 도전성이 없고, 열 용량이 큰 것이 바람직하다. 열 용량이 크면, 전류 발열 시의 히트 싱크로서 유용하고, 전지의 열 폭주를 보다 억제하는 것이 가능해지기 때문이다. 이러한 무기물로서는, 알루미나(Al2O3), 베마이트(알루미나의 일 수화물), 탈크, 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 이산화티타늄(TiO2), 산화규소(SiOx) 등의 산화물 또는 질화물을 들 수 있다. 또한, 상술한 무기물은, 기재로서의 다공질막에 함유되어 있어도 된다.
무기물의 입경으로서는, 1nm 내지 10㎛의 범위 내가 바람직하다. 1nm보다 작으면, 입수가 곤란하고, 또한 입수할 수 있었다고 해도 비용적으로 적당하지 않다. 10㎛보다 크면 전극 간 거리가 커지고, 한정된 스페이스에서 활물질 충전량이 충분히 얻어지지 않고 전지 용량이 낮아진다.
수지층은, 예를 들어 다음과 같이 하여 형성할 수 있다. 즉, 매트릭스 수지, 용매 및 무기물을 포함하는 슬러리를 기재(다공질막) 상에 도포하고, 매트릭스 수지의 빈용매 또한 상기 용매의 친용매 욕 중을 통과시켜서 상분리시키고, 그 후, 건조시킨다.
(전해액)
정극 활물질층(21A), 부극 활물질층(22B) 및 세퍼레이터(23)에 함침되는 전해액은 용매와, 이 용매에 용해된 전해질염을 포함하고 있다. 전해액이, 전지 특성을 향상시키기 때문에, 공지된 첨가제를 포함하고 있어도 된다.
용매로서는, 탄산에틸렌 또는 탄산프로필렌 등의 환상의 탄산에스테르를 사용할 수 있고, 탄산에틸렌 및 탄산프로필렌 중 한쪽, 특히 양쪽을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 사이클 특성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
용매로서는 또한, 이들 환상 탄산에스테르에 추가로, 탄산디에틸, 탄산디메틸, 탄산에틸메틸 또는 탄산메틸프로필 등의 쇄상의 탄산에스테르를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 높은 이온 전도성을 얻을 수 있기 때문이다.
용매로서는 추가로 또한, 2,4-디플루오로아니솔 또는 탄산비닐렌을 포함하는 것이 바람직하다. 2,4-디플루오로아니솔은 방전 용량을 향상시킬 수 있고, 또한, 탄산비닐렌은 사이클 특성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 이들을 혼합하여 사용하면, 방전 용량 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.
이들 외에도, 용매로서는 탄산부틸렌, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, 1,2-디메톡시에탄, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 아세트산메틸, 프로피온산메틸, 아세토니트릴, 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 메톡시아세토니트릴, 3-메톡시프로피로니트릴, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸피롤리디논, N-메틸옥사졸리디논, N,N-디메틸이미다졸리디논, 니트로메탄, 니트로에탄, 술포란, 디메틸술폭시드 또는 인산트리메틸 등을 들 수 있다.
또한, 이들 비수 용매의 적어도 일부의 수소를 불소로 치환한 화합물은, 조합할 전극의 종류에 따라서는, 전극 반응의 가역성을 향상시킬 수 있는 경우가 있어서, 바람직한 경우도 있다.
전해질염으로서는, 예를 들어 리튬염을 들 수 있고, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 리튬염으로서는 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiB(C6H5)4, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiAlCl4, LiSiF6, LiCl, 디플루오로[옥소라토-O,O']붕산리튬, 리튬비스옥살레이트보레이트 또는 LiBr 등을 들 수 있다. 그 중에서도, LiPF6은 높은 이온 전도성을 얻을 수 있는 동시에, 사이클 특성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.
(전해질층)
전해질층(27)은 고분자 화합물과, 부극 활물질과, 전해액을 포함하고 있다. 전해질층(27)이 절연성 재료 및 도전 보조제 중 한쪽 또는 양쪽을 더 포함하고 있어도 된다. 전해질층(27)이 절연성 재료를 더 포함하는 경우에는, 전지의 내열성을 향상시킬 수 있다. 한편, 전해질층(27)이 도전 보조제를 더 포함하는 경우에는, 전해질층(27)의 도전성을 향상시킬 수 있다.
전해질층(27)은 정극(21)과 부극(22) 사이에 이온 이동의 장소로서 기능하는 동시에, 부극 활물질 및 전해액을 유지 가능한 구성을 갖고 있다. 고분자 화합물은, 부극 활물질 및 전해액을 유지하는 유지체가 되고, 전해액에 의해 팽윤되어 있다. 전해액에 의해 팽윤된 고분자 화합물은, 겔상이어도 된다. 즉, 전해질층(27)은 겔상 전해질층이어도 된다. 전해질층(27)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1㎛ 내지 15㎛이다.
전해질층(27)은, 예를 들어 부극(22)의 양면 또는 세퍼레이터(23)의 부극(22)에 대향하는 면에 형성되어 있다. 구체적으로는 예를 들어, 전해질층(27)은 부극(22)의 양면 또는 세퍼레이터(23)의 부극(22)에 대향하는 면에 전해질층 형성용 또는 고분자층 형성용의 용액을 도포함으로써 얻어지는 것이다.
전해질층(27)을 구성하는 것과 동일한 전해질이, 부극 활물질층(22B)의 세공 등의 공극에 존재하고 있는 것이 바람직하다. 부극 활물질이 고립되기 어려워지고, 보다 우수한 사이클 특성이 얻어지기 때문이다.
전해질층(27)은 부극(22)과의 계면을 형성하는 측에 설치된 피막을 더 포함하고 있어도 된다. 피막은, 소위 SEI(Solid Electrolyte Interface)이고, 전해액(구체적으로는 전해액에 포함되는 용매나 첨가제 등)에서 유래되는 것이다. 여기서, 전해액은 전해질층(27)에 유지된 전해액, 및 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)에 함침되어 있는 전해액 중 적어도 1종의 전해액을 의미한다.
(고분자 화합물)
고분자 화합물은, 물리적 강도의 높이 및 전기 화학적인 안정성의 관점에서 보면, 불소(F)를 구성 원소로서 포함하고 있는 것이 바람직하다. 불소를 구성 원소로서 포함하는 고분자 화합물의 종류는, 불소를 구성 원소로서 포함하는 중합체라면, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 고분자 화합물은, 불화비닐리덴을 성분으로서 포함하는 중합체, 보다 구체적으로는 불화비닐리덴의 단독 중합체 및 공중합체 중 어느 1종 또는 2종류 이상을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 우수한 물리적 강도 및 우수한 전기 화학적 안정성이 얻어지기 때문이다.
「단독 중합체」란, 1종의 단량체를 중합 성분으로서 포함하는 중합체이다. 불화비닐리덴의 단독 중합체는, 폴리불화비닐리덴이다.
「공중합체」는, 2종류 이상의 단량체를 중합 성분으로서 포함하는 중합체이다. 불화비닐리덴과 공중합체를 형성하는 단량체의 종류는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌 및 모노메틸말레산 등 중 적어도 1종이다. 불화비닐리덴 공중합체의 구체예는, 불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌과의 공중합체, 불화비닐리덴과 테트라플루오로에틸렌과의 공중합체, 불화비닐리덴과 클로로트리플루오로에틸렌과의 공중합체, 불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌과 테트라플루오로에틸렌과의 공중합체, 불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌과 클로로트리플루오로에틸렌과의 공중합체 또는 이들에 추가로 다른 에틸렌성 불포화 단량체를 공중합한 것 등을 들 수 있다. 공중합체에 있어서의 각 중합 성분의 함유량(공중합량)은, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 고분자 화합물은, 불화비닐리덴의 단독 중합체 및 공중합체 중 어느 1종 또는 2종류 이상과 함께, 다른 단독 중합체 및 다른 공중합체 중 어느 1종 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다. 여기서 설명하는 「다른 단독 중합체」란, 불소를 구성 원소로서 포함하고 있지 않은 단독 중합체인 동시에, 「다른 공중합체」란, 불소를 구성 원소로서 포함하고 있지 않은 공중합체이다.
다른 단독 중합체의 구체예는, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리포스파젠, 폴리실록산, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산메틸, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 폴리스티렌 및 폴리카르보네이트 등이다.
다른 공중합체의 구체예는, 상기한 다른 단독 중합체의 구체예 중 2종류 이상을 중합 성분으로서 포함하는 공중합체 등이다.
고분자 화합물로서는, 상술한 불소 (F)를 구성 원소로서 포함하고 있는 것 이외에도, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥시드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐 또는 이들의 유도체도 사용할 수 있다.
(부극 활물질)
부극 활물질로서는, 상술한 부극 활물질층(22B)에 포함되는 부극 활물질과 동일한 것을 예시할 수 있다. 또한, 부극 활물질은, 상술한 부극 활물질층(22B)에 포함되는 부극 활물질로서 예시한 것에 한정되지 않고, 리튬 이온 전지 등에서 일반적으로 사용되고 있는 부극 활물질이면, 사용할 수 있다.
구체적으로는, 부극 활물질은 탄소 재료, 금속, 반금속, 금속 산화물, 반금속 산화물 및 고분자 화합물 중 적어도 1종을 포함하고 있다. 보다 구체적으로는 예를 들어, 부극 활물질은 탄소 재료, 규소, 주석 및 티타늄산리튬 중 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다. 규소는 규소 단체, 규소 함유 합금 또는 규소 산화물 등으로서 부극 활물질에 포함되어 있어도 된다. 주석은 주석 단체, 주석 함유 합금 또는 주석 산화물 등으로서 부극 활물질에 포함되어 있어도 된다. 부극 활물질이 탄소 재료를 포함하는 경우, 그 탄소 재료는, 예를 들어 비표면적이 0.1㎡/g 이상 50㎡/g 이하인 흑연이다. 이러한 비표면적을 갖는 흑연으로서는, 예를 들어 인조 흑연, 천연 흑연 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 비표면적은, 전해질층(27)을 용제에 의해 용해하여 부극 활물질로서의 흑연을 추출한 뒤, BET법(Brunauer-Emmett-Teller법)에 의해 구할 수 있다.
전해질층(27)에 포함되는 부극 활물질은, 상술한 부극 활물질층(22B)에 포함되는 부극 활물질과 동일한 조성의 것이어도 되고, 다른 조성의 것이어도 된다. 여기서, "동일한 조성"이란, 전해질층(27)과 부극 활물질층(22B)에 포함되는 부극 활물질의 구성 원소가 동일하고, 또한, 구성 원소의 원자 비율이 동일한 것을 말한다. 한편, "다른 조성"이란, 전해질층(27)과 부극 활물질층(22B)에 포함되는 부극 활물질의 구성 원소가 상이한 것 또는 전해질층(27)과 부극 활물질층(22B)에 포함되는 부극 활물질의 구성 원소는 동일하지만, 구성 원소의 원자 비율이 상이한 것을 말한다. 전해질층(27)과 부극 활물질층(22B)에 포함되는 부극 활물질은, 평균 입경, 입도 분포 또는 입자 형상 등이 상이한 것이어도 되고, 동일한 것이어도 된다.
부극 활물질은 분말이고, 예를 들어 전해질층(27) 내에 분산되어 있다. 부극 활물질의 분포는 특별히 한정되지 않고, 부극 활물질은 전해질층(27)의 두께 방향으로 균일 또는 불균일하게 분포하고 있어도 되고, 전해질층(27)의 면 내 방향으로 균일 또는 불균일하게 분포하고 있어도 된다.
부극 활물질이 전해질층(27)의 두께 방향으로 불균일하게 분포하고 있는 경우, 부극 활물질의 농도 분포가 부극(21)측 계면 또는 그 근방에 있어서 가장 높고, 부극(22)측으로부터 이격됨에 따라서 감소하고 있는 것이 바람직하다. 부극 활물질층(22B)의 전기 전도성을 보다 향상시킬 수 있기 때문이다.
고분자 화합물과 부극 활물질과의 혼합비(중량비)는, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 고분자 화합물의 질량에 대한 부극 활물질의 질량 비율(부극 활물질의 질량/고분자 화합물의 질량)은, 바람직하게는 1/1000 내지 4/1, 보다 바람직하게는 1/1000 내지 2/1, 더욱 보다 바람직하게는 1/100 내지 1/1이다. 전해질층(27)이 용이 또한 안정적으로 형성됨과 함께, 충분한 전기 전도성이 얻어지기 때문이다.
상세하게는, 비율이 1/1000보다도 작으면, 부극 활물질의 절대량이 부족하기 때문에, 전해질층(27)에 있어서 부극 활물질에 의해 도전 패스(전자 전도 경로)가 형성되기 어려워진다. 이에 의해, 전해질층(27)의 전기 전도성이 충분히 높아지지 않을 가능성이 있다. 한편, 비율이 4/1보다도 크면, 부극 활물질의 절대량이 과잉이 되기 때문에, 전해질층(27)에 있어서 부극 활물질이 충분히 분산되지 않을 가능성이 있다.
(전해액)
전해질층(27)에 유지되어 있는 전해액으로서는 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)에 함침되어 있는 상술한 전해액과 동일한 것을 예시할 수 있다. 또한, 전해액은, 상술한 전해액으로서 예시한 것에 한정되지 않고, 리튬 이온 전지 등에서 일반적으로 사용되고 있는 전해액이면, 사용할 수 있다.
전해질층(27)에 유지되어 있는 전해액과, 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)에 함침되어 있는 전해액은 동일한 종류의 것이어도 되고, 상이한 종류의 것이어도 된다.
(도전 보조제)
도전 보조제는 분말이고, 예를 들어 전해질층(27) 내에 분산되어 있다. 도전 보조제의 종류는, 도전성을 갖는 재료라면, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 도전 보조제는 탄소 재료인 것이 바람직하다. 전기 화학적으로 안정됨과 동시에, 높은 전기 전도성을 갖기 때문이다.
도전 보조제로서는, 예를 들어 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙 등의 구 형상의 도전 보조제(탄소 재료), 카본 나노 튜브 및 기상법 탄소 섬유(VGCF) 등 섬유 형상의 도전 보조제(탄소 재료) 등을 사용할 수 있다. 상기 탄소 재료 이외의 도전 보조제를 사용해도 되고, 예를 들어 금속 재료, 도전성 고분자 등을 사용해도 된다. 탄소 재료, 금속 재료 및 도전성 고분자 중 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(절연성 재료)
절연성 재료는 분말이고, 예를 들어 전해질층(27) 내에 분산되어 있다. 절연성 재료의 분말은, 1종의 절연성 입자를 포함하고 있어도 되고, 2종 이상의 절연성 입자를 포함하고 있어도 된다. 절연성 재료는, 예를 들어 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화물 수화물, 금속 수산화물, 금속 탄화물 및 금속 황화물 등 중 적어도 1종이다. 금속 산화물은, 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 산화규소(SiO2), 산화이트륨(Y2O3), 산화아연(ZnO) 등이다. 금속 질화물은, 예를 들어 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 질화붕소(BN), 질화티타늄(TiN) 등이다. 금속 산화물 수화물은, 예를 들어 베마이트(Al2O3H2O 또는 AlOOH) 등이다. 금속 수산화물은, 예를 들어 수산화알루미늄(Al(OH)3) 등이다. 금속 탄화물은, 예를 들어 탄화규소(SiC), 탄화붕소(B4C) 등이다. 금속 황화물은, 예를 들어 황산바륨(BaSO4) 등이다.
[전해질층의 확인 방법]
전해질층(27)의 유무 및 구성 등의 확인 방법은, 이하와 같다.
전해질층(27)의 유무를 확인하기 위해서는, 예를 들어 권회 전극체(20)를 절단한 뒤, 현미경을 사용하여 권회 전극체(20)의 단면(도 2 참조)을 관찰하면 된다. 이에 의해, 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 개재하고 있는지 여부를 확인할 수 있다. 또한, 현미경으로서는, 예를 들어 광학 현미경 또는 전자 현미경 등을 사용할 수 있다.
전해질층(27)에 포함되어 있는 부극 활물질의 유무를 확인하기 위해서는, 예를 들어 전해질층(27)의 유무를 확인한 경우와 동일하게, 현미경을 사용하여 권회 전극체(20)의 단면을 관찰하면 된다.
전해질층(27)에 포함되어 있는 고분자 화합물 및 부극 활물질의 조성 등을 확인하기 위해서는, 예를 들어 전지를 해체하여 전해질층(27)을 취출한 뒤, 그 전해질층(27)의 단면을 관찰 및 분석하면 된다. 이 관찰 및 분석 방법으로서는, 예를 들어 주사형 전자 현미경-에너지 분산형 X선 분광법(SEM-EDX) 등을 사용할 수 있다.
또한, N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 용제를 사용하여 전해질층(27)의 구성 재료를 추출하고, 용해성의 고분자 화합물과 불용성의 부극 활물질을 분리한 뒤, 그 고분자 화합물 및 부극 활물질을 분석해도 된다. 이 분석 방법으로서는, 예를 들어 핵자기 공명(NMR)법, X선 회절(XRD)법, 가스 크로마토그래피법 또는 질량 분석법 등을 사용할 수 있다.
또한, 도전층(27)에 포함되는 도전 보조제 및 절연성 재료도, 상술한 고분자 화합물 및 부극 활물질의 유무 및 조성 등을 확인한 것과 동일한 방법에 의해 확인할 수 있다.
[전지 전압]
이 비수 전해질 전지는, 한 쌍의 정극(21) 및 부극(22)당의 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압(즉 전지 전압)이, 예를 들어 2.80V 이상 6.00V 이하 또는 3.60V 이상 6.00V 이하, 바람직하게는 4.25V 이상 6.00V 이하 또는 4.20V 이상 4.50V 이하, 더욱 바람직하게는 4.30V 이상 4.55V 이하의 범위 내가 되도록 설계되어 있어도 된다. 또한, 한 쌍의 정극(21) 및 부극(22)당의 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압이, 바람직하게는 4.35V 이상, 보다 바람직하게는 4.35V 이상 6.00V 이하, 더욱 바람직하게는 4.4V 이상 5.0V 이하의 범위 내에 설계되어 있어도 된다. 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압이, 예를 들어 정극 활물질로서 층상 암염형 리튬 복합 산화물 등을 사용한 전지에 있어서 4.25V 이상이 되는 경우에는, 4.20V의 전지와 비교하여, 동일한 정극 활물질이어도 단위 질량당의 리튬의 방출량이 많아지므로, 그에 따라 정극 활물질과 부극 활물질의 양이 조정되어, 높은 에너지 밀도가 얻어지게 되어 있다.
[전지의 동작]
상술한 구성을 갖는 전지에서는, 충전을 행하면, 예를 들어 정극 활물질층(21B)으로부터 리튬 이온이 방출되어, 세퍼레이터(23)에 함침된 전해액과 전해질층(27)을 개재하여 부극 활물질층(22B)에 흡장된다. 또한, 방전을 행하면, 예를 들어 부극 활물질층(22B)으로부터 리튬 이온이 방출되고, 전해질층(27)과 세퍼레이터(23)에 함침된 전해액을 개재하여 정극 활물질층(21B)에 흡장된다.
[전지의 제조 방법]
이어서, 본 기술의 제1 실시 형태에 따른 전지의 제조 방법 일례에 대하여 설명한다.
정극을 다음과 같이 하여 제조한다. 먼저, 예를 들어 정극 활물질과, 도전제와, 결착제를 혼합하여 정극합제를 제조하고, 이 정극합제를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등의 용제에 분산시켜서 페이스트 형상의 정극합제 슬러리를 제조한다. 이어서, 이 정극합제 슬러리를 정극 집전체(21A)에 도포하고 용제를 건조시켜, 롤 프레스기 등에 의해 압축 성형함으로써 정극 활물질층(21B)을 형성하고, 정극(21)을 형성한다.
부극을 다음과 같이 하여 제조한다. 먼저, 예를 들어 부극 활물질과, 결착제를 혼합하여 부극합제를 제조하고, 이 부극합제를 N-메틸-2-피롤리돈 등의 용제에 분산시켜서 페이스트 형상의 부극합제 슬러리를 제조한다. 이어서, 이 부극합제 슬러리를 부극 집전체(22A)에 도포하고 용제를 건조시켜, 롤 프레스기 등에 의해 압축 성형함으로써 부극 활물질층(22B)을 형성하고, 부극(22)을 제조한다.
전해질층(27)을 다음과 같이 하여 형성한다. 먼저, 유기 용제 등의 용매와, 고분자 화합물과, 부극 활물질과, 필요에 따라 도전 보조제 및 절연성 재료 중 한쪽 또는 양쪽을 혼합하여, 전해질 용액을 제조한다. 이 전해질 용액에서는, 고분자 화합물이 용매에 의해 용해됨과 함께, 그 고분자 화합물이 용해된 용매 중에 부극 활물질이 분산된다. 이어서, 부극(22)의 양면에 전해질 용액을 도포한 뒤, 그 전해질 용액을 건조시킨다. 또한, 부극(22)에 전해질 용액을 도포하는 대신에, 전해질 용액 중에 부극(22)을 침지시킨 뒤, 그 부극(22)을 건조시켜도 된다.
여기서, 전해질층(27)을 다음과 같이 하여 형성해도 된다. 즉, 부극(22)의 양면에 전해질 용액을 도포하는 대신에, 세퍼레이터(23)의 양면 중, 부극(22)과 대향하는 한쪽 면에 전해질 용액을 도포하여 전해질층(27)을 형성해도 된다. 상술한 어느 형성 방법을 사용해도, 최종적으로는 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 개재하게 되기 때문이다.
이어서, 정극 집전체(21A)에 정극 리드(25)를 용접 등에 의해 설치함과 함께, 부극 집전체(22A)에 부극 리드(26)를 용접 등에 의해 설치한다. 이어서, 정극(21)과 부극(22)을 세퍼레이터(23)를 개재하여 권회한다. 이어서, 정극 리드(25)의 선단부를 안전 밸브 기구(15)에 용접하는 동시에, 부극 리드(26)의 선단부를 전지 캔(11)에 용접하여, 권회한 정극(21) 및 부극(22)을 한 쌍의 절연판(12, 13)으로 끼워 전지 캔(11)의 내부에 수납한다. 이어서, 정극(21) 및 부극(22)을 전지 캔(11)의 내부에 수납한 뒤, 전해액을 전지 캔(11)의 내부에 주입하고, 세퍼레이터(23)에 함침시킨다. 이어서, 전지 캔(11)의 개구 단부에 전지 덮개(14), 안전 밸브 기구(15) 및 열감 저항 소자(16)를 밀봉 가스켓(17)을 개재하여 코오킹함으로써 고정한다. 이에 의해, 도 1에 도시한 전지가 얻어진다.
[효과]
제1 실시 형태에 따른 전지에서는, 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 구비되어 있다. 이에 의해, 충전 시에 부극(22)의 표면에 있어서 리튬이 석출해도, 방전 시에 그 리튬이 재용해하기 쉬워지기 때문에, 리튬의 석출이 억제된다. 따라서, 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 구비되어 있지 않은 경우와 비교하여, 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.
전지가 저온 환경에 있어서 사용된 경우에 있어서, 특히 현저한 효과가 얻어진다. 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 구비되어 있지 않은 전지에서는, 저온에서 부극(22)의 표면에 리튬이 특히 석출되기 쉬워지는 경향이 있다. 이에 비해, 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 구비되어 있는 전지에서는, 저온에서도 리튬의 석출이 억제된다.
상술한 바와 같이 전해질층(27)이 구비되어 있음으로써, 부극 활물질을 포함하는 전해질을 부극 활물질층(22B)의 세공 등의 공극에 존재시킬 수 있다. 이로 인해, 충방전 시에 있어서 부극 활물질층(22B)이 팽창 수축해도, 공극에 존재하는 부극 활물질에 의해, 부극 활물질층(22B)에 포함되어 있는 부극 활물질 간의 전자 전도 경로가 확보되어, 부극 활물질이 고립되기 어려워진다. 또한, 상술한 바와 같이 전해질층(27)이 구비되어 있음으로써, 안정된 전극-전해질 계면을 형성할 수 있다. 이에 의해, 충방전을 반복해도, 부극 활물질층(22B)의 전기 전도성의 저하가 억제되어, 우수한 사이클 특성이 얻어진다. 또한, 전해질층(27)이 도전 보조제를 포함하고 있는 경우에는, 도전 보조제도 전자 전도 경로의 확보에 기여한다.
[변형예]
(변형예 1)
도 3a에 도시한 바와 같이, 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 설치되어 있지 않고, 정극(21)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(28)이 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 전해질층(28)은 정극(21)에 인접하여 설치되고, 세퍼레이터(23)를 개재하여 부극(22)으로부터 이격하여 설치되어 있다.
전해질층(28)을 구성하는 전해질이, 정극 활물질층(21B)의 세공 등의 공극에 존재하고 있는 것이 바람직하다. 정극 활물질이 고립되기 어려워지고, 보다 우수한 사이클 특성이 얻어지기 때문이다.
부극 활물질이 전해질층(28)의 두께 방향으로 불균일하게 분포하고 있는 경우, 부극 활물질의 농도 분포가 정극(21)측 계면 또는 그 근방에 있어서 가장 높고, 정극(21)측으로부터 이격됨에 따라서 감소되는 것이 바람직하다. 정극 활물질층(21B)의 전기 전도성을 보다 향상시킬 수 있기 때문이다.
전해질층(28)은, 예를 들어 정극(21)의 양면 또는 세퍼레이터(23)의 정극(21)에 대향하는 면에 형성되어 있다. 구체적으로는 예를 들어, 전해질층(28)은 정극(21)의 양면 또는 세퍼레이터(23)의 정극(21)에 대향하는 면에 전해질층 형성용 또는 고분자층 형성용의 용액을 도포함으로써 얻어지는 것이다.
상기 이외의 전해질층(28)의 구성은, 전해질층(27)과 동일하다.
제1 실시 형태의 변형예 1에 관한 전지에서는, 정극(21)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(28)이 구비되어 있다. 이에 의해, 부극 활물질을 포함하는 전해질을 정극 활물질층(22B)의 세공 등의 공극에 존재시킬 수 있다. 이로 인해, 충방전 시에 있어서 부극 활물질층(22B)이 팽창 수축해도, 공극에 존재하는 부극 활물질에 의해, 정극 활물질층(21B)에 포함되어 있는 정극 활물질 간의 전자 전도 경로가 확보되어, 정극 활물질이 고립되기 어려워진다. 또한, 일반적으로 전자 전도성이 낮다고 여겨지는 정극 활물질 간에, 정극 활물질보다도 전기 도전성이 높은 부극 활물질이 존재함으로써, 양호한 전자 전도 경로가 형성된다. 따라서, 충방전을 반복해도, 정극 활물질층(21B)의 전기 전도성의 저하가 억제되어, 우수한 사이클 특성이 얻어진다. 또한, 전해질층(28)이 도전 보조제를 포함하고 있는 경우에는, 도전 보조제도 전자 전도 경로의 확보에 기여한다.
(변형예 2)
도 3b에 도시한 바와 같이, 부극(22)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(27)이 설치됨과 함께, 정극(21)과 세퍼레이터(23) 사이에 전해질층(28)이 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 전해질층(27)은 부극(21)에 인접하여 설치됨과 함께, 전해질층(28)은 정극(22)에 인접하여 설치된다.
전해질층(27, 28)의 구성(예를 들어 재료, 두께 등)이 동일해도 되고, 전해질층(27, 28)의 구성이 상이해도 된다. 예를 들어, 전해질층(27, 28)에 포함되는 부극 활물질의 조성이 동일해도 되고, 상이해도 된다. 전해질층(27, 28)에 포함되는 부극 활물질은, 금속 산화물인 것이 바람직하다. 정극(21)과 부극(22)의 쇼트를 억제할 수 있기 때문이다. 금속 산화물로서는, 예를 들어 티타늄산리튬을 사용하는 것이 바람직하다.
전해질층(27, 28)의 양쪽이 절연성 재료를 포함하고 있어도 되고, 전해질층(27, 28) 중의 한쪽만이 절연성 재료를 포함하고 있어도 된다. 마찬가지로, 전해질층(27, 28)의 양쪽이 도전 보조제를 포함하고 있어도 되고, 전해질층(27, 28) 중의 한쪽만이 도전 보조제를 포함하고 있어도 된다.
제1 실시 형태의 변형예 2에 관한 전지에서는, 제1 실시 형태 및 그 변형예 1에 관한 전지와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전해질층(28) 및 전해질층(27) 중 어느 한쪽만을 설치하는 경우에는, 전해질층(27)을 설치하는 것이 바람직하다. 전해질층(27)을 설치한 경우에는, 활물질층의 전기 전도성의 저하를 억제할 수 있다는 효과 외에, 부극(21)의 표면에 있어서 리튬 석출을 억제할 수 있다는 효과도 얻어지기 때문이다.
(변형예 3)
부극 활물질 대신에 도전 보조제를 포함하는 전해질층을 사용해도 된다. 이 경우에도, 부극 활물질을 포함하는 전해질층을 사용한 경우와 동질의 효과, 즉 사이클 특성을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 단, 부극 활물질을 포함하는 전해질층을 사용한 전지는, 도전 보조제를 포함하는 전해질층을 사용한 전지에 비하여, 보다 우수한 효과를 얻을 수 있다.
<2. 제2 실시 형태>
[전지의 구성]
이하, 도 4를 참조하면서, 본 기술의 제2 실시 형태에 따른 전지의 일 구성예에 대하여 설명한다. 이 전지는, 소위 라미네이트 필름형 전지라고 하는 것이고, 편평형 또는 각형의 형상을 갖고 있다. 이 전지는, 정극 리드(31) 및 부극 리드(32)가 설치된 권회 전극체(30)를 필름 형상의 외장 부재(40)의 내부에 수용한 것이고, 소형화, 경량화 및 박형화가 가능하게 되어 있다.
정극 리드(31) 및 부극 리드(32)는 각각, 외장 부재(40)의 내부로부터 외부를 향해 예를 들어 동일한 방향으로 도출되어 있다. 정극 리드(31) 및 부극 리드(32)는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 니켈 또는 스테인리스 등의 금속 재료에 의해 각각 구성되어 있고, 각각 박판 형상 또는 그물눈 형상으로 되어 있다.
외장 부재(40)는, 예를 들어 나일론 필름, 알루미늄박 및 폴리에틸렌 필름을 이 순서대로 접합된 직사각 형상의 알루미늄 적층 필름에 의해 구성되어 있다. 외장 부재(40)는, 예를 들어 폴리에틸렌 필름측과 권회 전극체(30)가 대향하도록 배치되어 있고, 각 외측 테두리부가 융착 또는 접착제에 의해 서로 밀착되어 있다. 외장 부재(40)와 정극 리드(31) 및 부극 리드(32) 사이에는, 외기의 침입을 방지하기 위한 밀착 필름(41)이 삽입되어 있다. 밀착 필름(41)은 정극 리드(31) 및 부극 리드(32)에 대하여 밀착성을 갖는 재료, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리에틸렌 또는 변성 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지에 의해 구성되어 있다.
또한, 외장 부재(40)는 상술한 알루미늄 적층 필름 대신에, 다른 구조를 갖는 라미네이트 필름, 폴리프로필렌 등의 고분자 필름 또는 금속 필름에 의해 구성하도록 해도 된다. 또는, 알루미늄제 필름을 심재로 하여, 그 편면 또는 양면에 고분자 필름을 적층한 라미네이트 필름을 사용해도 된다.
도 5는, 도 4에 도시한 권회 전극체(30)의 V-V 선을 따른 단면도이다. 권회 전극체(30)는, 정극(33)과 부극(34)을 세퍼레이터(35) 및 전해질층(36, 37)을 개재하여 적층하고, 권회한 것이며, 최외주부는 보호 테이프(38)에 의해 보호되어 있다. 전해질층(36)은 부극(34)과 세퍼레이터(35) 사이에 설치되고, 전해질층(37)은 정극(33)과 세퍼레이터(35) 사이에 설치되어 있다.
(정극, 부극 및 세퍼레이터)
정극(33)은, 정극 집전체(33A)의 편면 또는 양면에 정극 활물질층(33B)이 설치된 구조를 갖고 있다. 부극(34)은 부극 집전체(34A)의 편면 또는 양면에 부극 활물질층(34B)이 설치된 구조를 갖고 있고, 부극 활물질층(34B)과 정극 활물질층(33B)이 대향하도록 배치되어 있다. 정극 집전체(33A), 정극 활물질층(33B), 부극 집전체(34A), 부극 활물질층(34B) 및 세퍼레이터(35)의 구성은, 각각 제2 실시 형태에 있어서의 정극 집전체(21A), 정극 활물질층(21B), 부극 집전체(22A), 부극 활물질층(22B) 및 세퍼레이터(23)와 동일하다.
(전해질층)
전해질층(36)은, 제1 실시 형태에 따른 전해질층(27)이다. 전해질층(37)은, 제1 실시 형태의 변형예 1에 관한 전해질층(28)이다. 전해질층(36, 37)은, 소위 겔상의 전해질층인 것이 바람직하다. 겔상의 전해질층은 높은 이온 전도율을 얻을 수 있음과 함께, 전지의 누액을 방지할 수 있기 때문이다.
[전지의 제조 방법]
이어서, 본 기술의 제3 실시 형태에 따른 비수 전해질 이차 전지의 제조 방법 일례에 대하여 설명한다.
먼저, 정극(33) 및 부극(34) 각각에, 용매와, 전해질염과, 부극 활물질과, 고분자 화합물과, 혼합 용제를 포함하는 전구 용액을 도포하고, 혼합 용제를 휘발시켜서 전해질층(36, 37)을 형성한다. 이어서, 정극 집전체(33A)의 단부에 정극 리드(31)를 용접에 의해 설치함과 동시에, 부극 집전체(34A)의 단부에 부극 리드(32)를 용접에 의해 설치한다. 이어서, 전해질층(36)이 형성된 정극(33)과 부극(34)을 세퍼레이터(35)를 개재하여 적층하여 적층체로 한 뒤, 이 적층체를 그 길이 방향으로 권회하고, 최외주부에 보호 테이프(38)을 접착하여 권회 전극체(30)를 형성한다. 마지막으로, 예를 들어 외장 부재(40) 사이에 권회 전극체(30)를 끼워 넣고, 외장 부재(40)의 외측 테두리부끼리를 열 융착 등에 의해 밀착시켜서 봉입한다. 그때, 정극 리드(31) 및 부극 리드(32)와 외장 부재(40) 사이에는 밀착 필름(41)을 삽입한다. 이에 의해, 도 4에 도시한 이차 전지가 얻어진다.
또한, 이 이차 전지는, 다음과 같이 하여 제조해도 된다. 먼저, 상술한 바와 같이 하여 정극(33) 및 부극(34)을 제조하고, 정극(33) 및 부극(34)에 정극 리드(31) 및 부극 리드(32)를 설치한다. 이어서, 정극(33)과 부극(34)을 세퍼레이터(35)를 개재하여 적층하여 권회하고, 최외주부에 보호 테이프(38)를 접착하여, 권회체를 형성한다. 이어서, 이 권회체를 외장 부재(40)에 끼우고, 1변을 제외한 외주연부를 열 융착하여 주머니 형상으로 하고, 외장 부재(40)의 내부에 수납한다. 이어서, 용매와, 전해질염과, 부극 활물질과, 고분자 화합물의 원료인 단량체와, 중합 개시제와, 필요에 따라 중합 금지제 등의 다른 재료를 포함하는 전해질용 조성물을 준비하고, 외장 부재(40)의 내부에 주입한다.
이어서, 전해질용 조성물을 외장 부재(40) 내에 주입한 뒤, 외장 부재(40)의 개구부를 진공 분위기 하에서 열 융착하여 밀봉한다. 이어서, 열을 가하여 단량체를 중합시켜서 고분자 화합물로 함으로써 전해질층(36, 37)을 형성한다. 이상에 의해, 도 4에 도시한 이차 전지가 얻어진다.
[효과]
제2 실시 형태에 따른 전지에서는, 부극(34)과 세퍼레이터(35) 사이에 전해질층(36)이 구비되어 있음과 동시에, 정극(33)과 세퍼레이터(35) 사이에 전해질층(37)이 구비되어 있다. 이에 의해, 제1 실시 형태의 변형예 2에 관한 전지와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 기술의 제2 실시 형태에 따른 전지에서는, 외장 부재(40)로서 라미네이트 필름을 사용하고 있기 때문에, 충방전에 수반하는 부생성물 등에 의한 전지 팽창을 억제할 수 있다는 효과도 얻어진다.
[변형예]
(변형예 1)
전해질층(36, 37) 중 한쪽만이 부극 활물질을 포함하고, 다른 쪽이 부극 활물질을 포함하지 않도록 해도 된다. 이 경우, 사이클 특성 향상의 관점으로부터 하면, 전해질층(36)이 부극 활물질을 포함하는 것이 바람직하다.
(변형예 2)
전해질층(36, 37) 중 한쪽만을 설치할 수도 있다. 이 경우, 외장 부재(40)를 밀봉하는 전 공정에 있어서, 외장 부재(40) 내에 전해액을 주입하고, 그 전해액을 권회 전극체(30)에 함침시키는 것이 바람직하다.
<3. 제3 실시 형태>
제3 실시 형태에서는, 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 전지를 구비하는 전지 팩 및 전자 기기에 대하여 설명한다. 단, 전지 팩 및 전자 기기가 제1 또는 제2 실시 형태의 변형예에 관한 전지를 구비하게 해도 된다.
[전지 팩 및 전자 기기의 구성]
이하, 도 6을 참조하여, 본 기술의 제3 실시 형태에 따른 전지 팩(300) 및 전자 기기(400)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 전자 기기(400)는, 전자 기기 본체의 전자 회로(401)와, 전지 팩(300)을 구비한다. 전지 팩(300)은 정극 단자(331a) 및 부극 단자(331b)를 개재하여 전자 회로(401)에 대하여 전기적으로 접속되어 있다. 전자 기기(400)는, 예를 들어 유저에 의해 전지 팩(300)을 착탈 가능한 구성을 갖고 있다. 또한, 전자 기기(400)의 구성은 이것에 한정되는 것은 아니고, 유저가 전지 팩(300)을 전자 기기(400)로부터 제거할 수 없도록, 전지 팩(300)이 전자 기기(400) 내에 내장되어 있는 구성을 갖고 있어도 된다.
전지 팩(300)의 충전 시에는, 전지 팩(300)의 정극 단자(331a), 부극 단자(331b)가 각각, 충전기(도시하지 않음)의 정극 단자, 부극 단자에 접속된다. 한편, 전지 팩(300)의 방전 시(전자 기기(400)의 사용 시)에는, 전지 팩(300)의 정극 단자(331a), 부극 단자(331b)가 각각, 전자 회로(401)의 정극 단자, 부극 단자에 접속된다.
전자 기기(400)로서는, 예를 들어 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 태블릿형 컴퓨터, 휴대 전화(예를 들어 스마트폰 등), 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistants: PDA), 표시 장치(LCD, EL 디스플레이, 전자 페이퍼 등), 촬상 장치(예를 들어 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라 등), 오디오 기기(예를 들어 포터블 오디오 플레이어), 게임 기기, 무선 전화기 핸드셋, 전자 서적, 전자 사전, 라디오, 헤드폰, 내비게이션 시스템, 메모리 카드, 페이스메이커, 보청기, 전동 공구, 전기면도기, 냉장고, 에어컨, 텔레비전, 스테레오, 온수기, 전자레인지, 식기세척기, 세탁기, 건조기, 조명 기기, 완구, 의료 기기, 로봇, 로드 컨디셔너, 신호기 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
(전자 회로)
전자 회로(401)는, 예를 들어 CPU, 주변 로직부, 인터페이스부 및 기억부 등을 구비하고, 전자 기기(400)의 전체를 제어한다.
(전지 팩)
전지 팩(300)은 조전지(301)와, 충방전 회로(302)를 구비한다. 조전지(301)는 복수의 이차 전지(301a)를 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 구성되어 있다. 복수의 이차 전지(301a)는, 예를 들어 n 병렬 m 직렬(n, m은 양의 정수)로 접속된다. 또한, 도 6에서는, 6개의 이차 전지(301a)가 2 병렬 3 직렬(2P3S)로 접속된 예가 나타나 있다. 이차 전지(301a)로서는, 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 전지가 사용된다.
충방전 회로(302)는, 조전지(301)의 충방전을 제어하는 제어부이다. 구체적으로는, 충전 시에는 충방전 회로(302)는 조전지(301)에 대한 충전을 제어한다. 한편, 방전 시(즉 전자 기기(400)의 사용 시)에는, 충방전 회로(302)는 전자 기기(400)에 대한 방전을 제어한다.
[변형예]
상술한 제3 실시 형태에서는, 전지 팩(300)이 복수의 이차 전지(301a)에 의해 구성되는 조전지(301)를 구비하는 경우를 예로서 설명했지만, 전지 팩(300)이 조전지(301) 대신에 1개의 이차 전지(301a)를 구비하는 구성을 채용해도 된다.
<4. 제4 실시 형태>
제4 실시 형태에서는, 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 전지를 축전 장치에 구비하는 축전 시스템에 대하여 설명한다. 이 축전 시스템은, 대개 전력을 사용하는 것인 한, 어떤 것이어도 되고, 단순한 전력 장치도 포함한다. 이 전력 시스템은, 예를 들어 스마트 그리드, 가정용 에너지 관리 시스템(HEMS), 차량 등을 포함하고, 축전도 가능하다. 단, 축전 장치가 제1 또는 제2 실시 형태의 변형예에 관한 전지를 구비하게 해도 된다.
[축전 시스템의 구성]
이하, 도 7을 참조하여, 제4 실시 형태에 따른 축전 시스템(전력 시스템)(100)의 구성예에 대하여 설명한다. 이 축전 시스템(100)은 주택용의 축전 시스템이고, 화력 발전(102a), 원자력 발전(102b), 수력 발전(102c) 등의 집중형 전력 계통(102)으로부터 전력망(109), 정보망(112), 스마트 미터(107), 파워 허브(108) 등을 통하여, 전력이 축전 장치(103)에 공급된다. 이것과 함께, 가정 내 발전 장치(104) 등의 독립 전원으로부터 전력이 축전 장치(103)에 공급된다. 축전 장치(103)에 공급된 전력이 축전된다. 축전 장치(103)를 사용하여, 주택(101)에서 사용할 전력이 급전된다. 주택(101)에 한하지 않고 빌딩에 대해서도 동일한 축전 시스템을 사용할 수 있다.
주택(101)에는 가정 내 발전 장치(104), 전력 소비 장치(105), 축전 장치(103), 각 장치를 제어하는 제어 장치(110), 스마트 미터(107), 파워 허브(108), 각종 정보를 취득하는 센서(111)가 설치되어 있다. 각 장치는, 전력망(109) 및 정보망(112)에 의해 접속되어 있다. 가정 내 발전 장치(104)로서, 태양 전지, 연료 전지 등이 이용되고, 발전한 전력이 전력 소비 장치(105) 및/또는 축전 장치(103)에 공급된다. 전력 소비 장치(105)는 냉장고(105a), 공조 장치(105b), 텔레비전 수신기(105c), 욕조(105d) 등이다. 또한, 전력 소비 장치(105)에는, 전동 차량(106)이 포함된다. 전동 차량(106)은 전기 자동차(106a), 하이브리드차(106b), 전기 바이크(106c) 등이다.
축전 장치(103)는 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 전지를 구비하고 있다. 스마트 미터(107)는 상용 전력의 사용량을 측정하고, 측정된 사용량을, 전력 회사에 송신하는 기능을 구비하고 있다. 전력망(109)은 직류 급전, 교류 급전, 비접촉 급전 중 어느 하나 또는 복수의 조합이어도 된다.
각종 센서(111)는, 예를 들어 인체 감지 센서, 조도 센서, 물체 검지 센서, 소비 전력 센서, 진동 센서, 접촉 센서, 온도 센서, 적외선 센서 등이다. 각종 센서(111)에 의해 취득된 정보는, 제어 장치(110)에 송신된다. 센서(111)로부터의 정보에 의해, 기상의 상태, 사람의 상태 등이 파악되어 전력 소비 장치(105)를 자동으로 제어해서 에너지 소비를 최소로 할 수 있다. 또한, 제어 장치(110)는 주택(101)에 관한 정보를, 인터넷을 개재하여 외부의 전력 회사 등에 송신할 수 있다.
파워 허브(108)에 의해, 전력선의 분기, 직류 교류 변환 등의 처리가 이루어진다. 제어 장치(110)와 접속되는 정보망(112)의 통신 방식으로서는, UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver: 비동기 시리얼 통신용 송수신 회로) 등의 통신 인터페이스를 사용하는 방법, Bluetooth(등록 상표), ZigBee, Wi-Fi 등의 무선 통신 규격에 의한 센서 네트워크를 이용하는 방법이 있다. Bluetooth(등록 상표) 방식은, 멀티미디어 통신에 적용되고, 1대다 접속의 통신을 행할 수 있다. ZigBee는, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4의 물리층을 사용하는 것이다. IEEE802.15.4는, PAN(Personal Area Network) 또는 W(Wireless) PAN이라고 불리는 단거리 무선 네트워크 규격의 명칭이다.
제어 장치(110)는 외부의 서버(113)와 접속되어 있다. 이 서버(113)는 주택(101), 전력 회사 및 서비스 프로바이더 중 어느 것에 의해 관리되고 있어도 된다. 서버(113)가 송수신하는 정보는, 예를 들어 소비 전력 정보, 생활 패턴 정보, 전력 요금, 날씨 정보, 천재 정보, 전력 거래에 관한 정보이다. 이들 정보는, 가정 내의 전력 소비 장치(예를 들어 텔레비전 수신기)로부터 송수신해도 되지만, 가정 외의 장치(예를 들어, 휴대 전화기 등)로부터 송수신해도 된다. 이들 정보는, 표시 기능을 갖는 기기, 예를 들어 텔레비전 수신기, 휴대 전화기, PDA(Personal Digital Assistants) 등에, 표시되어도 된다.
각 부를 제어하는 제어 장치(110)는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등으로 구성되고, 이 예에서는, 축전 장치(103)에 저장되어 있다. 제어 장치(110)는 축전 장치(103), 가정 내 발전 장치(104), 전력 소비 장치(105), 각종 센서(111), 서버(113)와 정보망(112)에 의해 접속되어, 예를 들어 상용 전력의 사용량과, 발전량을 조정하는 기능을 갖고 있다. 또한, 그 밖에도, 전력 시장에서 전력 거래를 행하는 기능 등을 구비하고 있어도 된다.
이상과 같이, 전력이 화력 발전(102a), 원자력 발전(102b), 수력 발전(102c) 등의 집중형 전력 계통(102)뿐만 아니라, 가정 내 발전 장치(104)(태양광 발전, 풍력 발전)의 발전 전력을 축전 장치(103)에 축적할 수 있다. 따라서, 가정 내 발전 장치(104)의 발전 전력이 변동해도, 외부에 송출하는 전력량을 일정하게 하거나 또는, 필요한 만큼 방전한다고 하는 제어를 행할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전에서 얻어진 전력을 축전 장치(103)에 축적함과 동시에, 야간은 요금이 싼 심야전력을 축전 장치(103)에 축적하고, 낮의 요금이 비싼 시간대에 축전 장치(103)에 의해 축전한 전력을 방전하여 이용한다고 하는 방식도 가능하다.
또한, 이 예에서는, 제어 장치(110)가 축전 장치(103) 내에 저장되는 예를 설명했지만, 스마트 미터(107) 내에 저장되어도 되고, 단독으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 축전 시스템(100)은 집합 주택에 있어서의 복수의 가정을 대상으로 하여 사용되어도 되고, 복수의 단독 주택을 대상으로 하여 사용되어도 된다.
<5. 제5 실시 형태>
제5 실시 형태에서는, 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 전지를 구비하는 전동 차량에 대하여 설명한다. 단, 전동 차량이 제1 또는 제2 실시 형태의 변형예에 관한 전지를 구비하게 해도 된다.
[전동 차량의 구성]
도 8을 참조하여, 본 기술의 제5 실시 형태에 따른 전동 차량의 일 구성에 대하여 설명한다. 이 하이브리드 차량(200)은, 시리즈 하이브리드 시스템을 채용하는 하이브리드 차량이다. 시리즈 하이브리드 시스템은, 엔진으로 움직이는 발전기에서 발전된 전력, 또는 그것을 배터리에 일단 모아 둔 전력을 사용하여, 전력 구동력 변환 장치(203)로 주행하는 차이다.
이 하이브리드 차량(200)에는, 엔진(201), 발전기(202), 전력 구동력 변환 장치(203), 구동륜(204a), 구동륜(204b), 차륜(205a), 차륜(205b), 배터리(208), 차량 제어 장치(209), 각종 센서(210), 충전구(211)가 탑재되어 있다. 배터리(208)로서는, 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 전지가 사용된다.
하이브리드 차량(200)은, 전력 구동력 변환 장치(203)를 동력원으로 하여 주행한다. 전력 구동력 변환 장치(203)의 일례는, 모터이다. 배터리(208)의 전력에 의해 전력 구동력 변환 장치(203)가 작동하고, 이 전력 구동력 변환 장치(203)의 회전력이 구동륜(204a, 204b)에 전달된다. 또한, 필요한 개소에 직류-교류(DC-AC) 또는 역변환(AC-DC 변환)을 사용함으로써, 전력 구동력 변환 장치(203)가 교류 모터여도 직류 모터여도 적용 가능하다. 각종 센서(210)는, 차량 제어 장치(209)를 개재하여 엔진 회전수를 제어하거나, 도시하지 않은 스로틀 밸브의 개방도(스로틀 개방도)를 제어하거나 한다. 각종 센서(210)에는 속도 센서, 가속도 센서, 엔진 회전수 센서 등이 포함된다.
엔진(201)의 회전력은 발전기(202)에 전달되고, 그 회전력에 의해 발전기(202)에 의해 생성된 전력을 배터리(208)에 축적하는 것이 가능하다.
도시하지 않은 제동 기구에 의해 하이브리드 차량(200)이 감속되면, 그 감속 시의 저항력이 전력 구동력 변환 장치(203)에 회전력으로서 가해져, 이 회전력에 의해 전력 구동력 변환 장치(203)에 의해 생성된 회생 전력이 배터리(208)에 축적된다.
배터리(208)는, 충전구(211)를 통하여 하이브리드 차량(200)의 외부의 전원에 접속됨으로써, 그 외부 전원으로부터 충전구(211)를 입력구로 하여 전력 공급을 받고, 받은 전력을 축적하는 것도 가능하다.
도시하지 않지만, 비수 전해질 이차 전지에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 정보 처리 장치를 구비하고 있어도 된다. 이러한 정보 처리 장치로서는, 예를 들어 비수 전해질 이차 전지의 잔량에 관한 정보에 기초하여, 전지 잔량 표시를 행하는 정보 처리 장치 등이 있다.
또한, 이상은, 엔진으로 움직이게 하는 발전기에서 발전된 전력, 또는 그것을 배터리에 일단 모아 둔 전력을 사용하여, 모터로 주행하는 시리즈 하이브리드 차를 예로서 설명하였다. 그러나, 엔진과 모터의 출력을 모두 구동원으로 하고, 엔진만으로 주행, 모터만으로 주행, 엔진과 모터 주행이라고 하는 3개의 방식을 적절히 전환하여 사용하는 패러렐 하이브리드 차에 대해서도 본 기술은 유효하게 적용 가능하다. 또한, 엔진을 사용하지 않고 구동 모터만에 의한 구동으로 주행하는 소위, 전동 차량에 대해서도 본 기술은 유효하게 적용 가능하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 기술을 구체적으로 설명하지만, 본 기술은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
(정극의 제조 공정)
정극을 다음과 같이 하여 제조하였다. 먼저, 정극 활물질로서 리튬 코발트 복합 산화물(LiCoO2) 96질량부와, 정극 결착제로서 폴리불화비닐리덴 3질량부와, 정극 도전제로서 카본 블랙 1질량부를 혼합하여, 정극합제로 하였다. 이 폴리불화비닐리덴의 중량 평균 분자량은, 약 500000이고, 이하에 있어서도, 동일하다. 이어서, 유기 용제로서 N-메틸-2-피롤리돈에 정극합제를 분산시켜, 페이스트 형상의 정극합제 슬러리로 하였다. 이어서, 코팅 장치를 사용하여 정극 집전체(20㎛ 두께의 띠 형상 알루미늄박)의 양면에 정극합제 슬러리를 도포한 뒤, 그 정극합제 슬러리를 건조시켜서, 정극 활물질층을 형성하였다. 마지막으로, 롤 프레스기를 사용하여 정극 활물질층을 압축 성형하였다.
(부극의 제조 공정)
부극을 다음과 같이 하여 제조하였다. 먼저, 부극 활물질로서 흑연 분말 90질량부와, 부극 결착제로서 폴리불화비닐리덴 10질량부를 혼합하여, 부극합제로 하였다. 이어서, 유기 용제로서 N-메틸-2-피롤리돈에 부극합제를 분산시켜, 페이스트 형상의 부극합제 슬러리로 하였다. 이어서, 코팅 장치를 사용하여 부극 집전체(15㎛ 두께의 띠 형상 전해 구리박)의 양면에 부극합제 슬러리를 도포한 뒤, 그 부극합제 슬러리를 건조시켜서, 부극 활물질층을 형성하였다. 마지막으로, 롤 프레스기를 사용하여 부극 활물질층을 압축 성형하였다.
(부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정)
부극측의 겔상 전해질층을 다음과 같이 하여 제조하였다. 먼저, 에틸렌카르보네이트(EC), 프로필렌카르보네이트(PC)을 EC:PC=50:50의 질량비로 혼합하여 혼합 용매를 제조한 후, 이 혼합 용매에 육불화인산리튬(LiPF6)을 1.0mol/kg의 비율로 용해하여 전해액을 제조하였다. 이어서, 고분자 화합물로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)과, 부극 활물질로서 인조 흑연 분말과, 전해액과, 희석 용제로서 디메틸카르보네이트(DMC)를 PVDF:인조 흑연 분말:전해액:DMC=4:7:50:50의 질량비로 혼합하여, 교반, 용해시켜서 졸 상태의 전해질 용액인 전구 용액(이하 「활물질 함유 용액」이라고 함)을 제조하였다.
이어서, 부극의 양면에 활물질 함유 용액을 도포한 뒤, 그 용액을 건조시켜서, 희석 용제를 제거하고, 부극 활물질을 포함하는 겔상 전해질층을 형성하였다. 또한, 전자 현미경을 사용하여 겔상 전해질층의 단면을 관찰한 바, 그 겔상 전해질층 중에 있어서 인조 흑연(부극 활물질)이 분산되어 있는 모습이 관찰되었다.
(정극측의 겔상 전해질층의 형성 공정)
정극측의 겔상 전해질층을 다음과 같이 하여 제조하였다. 즉, 부극 활물질을 혼합하지 않고 조정한 전구 용액(이하 「활물질 비함유 용액」이라고 함)을 사용하는 것 및 제조한 활물질 비함유 용액을 부극의 양면 대신에 정극의 양면에 도포하는 것 이외에는, 부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정과 동일하게 하여, 부극 활물질을 포함하지 않는 겔상 전해질층을 형성하였다.
(라미네이트 필름형 전지의 제조 공정)
라미네이트 필름형 전지를 다음과 같이 하여 제조하였다. 먼저, 정극 집전체에 알루미늄제의 정극 리드를 용접함과 함께, 부극 집전체에 구리제의 부극 리드를 용접하였다. 이어서, 정극측의 겔상 전해질층이 양면에 형성된 정극과, 부극측의 겔상 전해질층이 양면에 형성된 부극을 세퍼레이터(23㎛ 두께의 미공성 폴리프로필렌 필름)를 개재하여 적층시켰다. 이어서, 정극, 부극 및 세퍼레이터를 길이 방향으로 권회시켜서, 권회 전극체를 형성하였다. 그 후, 권회 전극체의 최외주부에 보호 테이프를 부착하였다.
이어서, 권회 전극체를 사이에 두도록 외장 부재를 접고, 접은 외측 테두리부끼리를 겹치게 하였다. 이때, 정극 리드와 외장 부재 사이에 밀착 필름(50㎛ 두께의 산 변성 프로필렌 필름)을 삽입함과 함께, 부극 리드와 외장 부재 사이에 밀착 필름을 삽입하였다. 이어서, 중첩한 외주연부끼리를 열 융착함으로써, 주머니 형상의 외장 부재의 내부에 권회 전극체를 수납하였다. 이 외장 부재로서는, 나일론 필름(30㎛ 두께)과, 알루미늄박(40㎛ 두께)과, 비연신 폴리프로필렌 필름(30㎛ 두께)이 외측으로부터 이 순서대로 적층된 내습성의 알루미늄 적층 필름(총 두께 100㎛)을 사용하였다. 이상에 의해, 목적으로 하는 라미네이트 필름형 전지가 얻어졌다. 또한, 이 라미네이트 필름형 전지는, 정극 활물질량과 부극 활물질량을 조정하고, 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압(즉 전지 전압)이 4.20V가 되도록 설계된 것이다.
[실시예 2]
부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 활물질 비함유 용액을 사용하여 부극측의 겔상 전해질층을 제조하는 것, 및 정극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 활물질 함유 용액을 사용하여 정극측의 겔상 전해질층을 제조하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 3]
부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 천연 흑연 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 4]
부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 티타늄산리튬 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 5]
부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 실리콘 산화물(SiOx) 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 6]
부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 실리콘 합금 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 7]
정극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 티타늄산리튬 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 8]
부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 티타늄산리튬 분말을 포함하는 활물질 함유 용액을 사용하여 부극측의 겔상 전해질층을 제조하는 것 이외에는 실시예 7과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 9]
부극의 제조 공정에 있어서, 부극 활물질로서 규소 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 10]
부극의 제조 공정에 있어서, 부극 활물질로서 규소 분말 및 흑연 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 11]
부극의 제조 공정에 있어서, 부극 활물질로서 주석 분말을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 12]
(정극 및 부극의 제조 공정)
실시예 1과 동일하게 하여 정극 및 부극을 제조하였다.
(부극측의 고분자층의 형성 공정)
부극측의 고분자층을 다음과 같이 하여 제조하였다. 먼저, 전해액을 혼합하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 활물질 함유 용액을 제조하였다. 이어서, 제조한 활물질 함유 용액을 세퍼레이터의 부극에 대향하는 측의 면에 도포한 뒤, 그 용액을 건조시켜서, 희석 용제를 제거하고, 부극 활물질을 포함하는 고분자층을 형성하였다.
(정극측의 고분자층의 형성 공정)
정극측의 고분자층을 다음과 같이 하여 제조하였다. 즉, 부극 활물질을 혼합하지 않고 조정한 활물질 비함유 용액을 사용하는 것, 및 제조한 활물질 비함유 용액을 세퍼레이터의 정극에 대향하는 측의 면에 도포하는 것 이외에는, 부극측의 고분자층의 형성 공정과 동일하게 하여, 부극 활물질을 포함하지 않는 고분자층을 형성하였다.
(라미네이트 필름형 전지의 제조 공정)
라미네이트 필름형 전지를 다음과 같이 하여 제조하였다. 먼저, 상술한 바와 같이 얻어진 세퍼레이터를 개재하여 정극과 부극을 적층시키는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 권회 전극체를 형성하였다. 이어서, 권회 전극체를 사이에 두도록 외장 부재를 접은 뒤, 1변을 제외한 외주연부를 열 융착하여, 개구를 갖는 주머니 형상으로 하였다. 이때, 정극 리드와 외장 부재 사이에 밀착 필름을 삽입함과 함께, 부극 리드와 외장 부재 사이에 밀착 필름을 삽입하였다. 이어서, 이 개구를 개재하여 외장 부재의 내부에 전해액을 주입하고, 그 전해액을 권회 전극체에 함침시켜, 감압 환경 중에서 외장 부재의 나머지 1변을 열 융착하였다. 또한, 세퍼레이터의 양면에 설치된 고분자층은, 전해액의 주입에 의해 고분자 화합물(PVDF)이 팽윤하여 겔상 전해질층이 되었다. 이상에 의해, 목적으로 하는 라미네이트 필름형 전지가 얻어졌다.
[실시예 13]
부극측의 겔상 전해질층의 형성 공정에 있어서, 고분자 화합물로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)과, 부극 활물질로서 인조 흑연 분말과, 절연성 재료로서 알루미나 분말과, 전해액과, 희석 용제로서 디메틸카르보네이트(DMC)를 PVDF:인조 흑연 분말:알루미나 분말:전해액:DMC=4:3.5:3.5:50:50의 질량비로 혼합하고, 교반, 용해시켜서 활물질 함유 용액을 제조하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[실시예 14, 15, 16]
정극 활물질량과 부극 활물질량을 조정하고, 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압(즉 전지 전압)이 4.35V(실시예 14), 4.40V(실시예 15), 4.45V(실시예 16)가 되도록 설계하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[비교예 1]
부극측의 겔상 활물질층의 형성 공정에 있어서, 활물질 비함유 용액을 사용하여 부극측의 겔상 전해질층을 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[비교예 2]
부극측의 겔상 활물질층의 형성 공정에 있어서, 활물질 비함유 용액을 사용하여 부극측의 겔상 전해질층을 형성하는 것 이외에는 실시예 9와 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[비교예 3]
부극측의 겔상 활물질층의 형성 공정에 있어서, 활물질 비함유 용액을 사용하여 부극측의 겔상 전해질층을 형성하는 것 이외에는 실시예 10과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[비교예 4]
부극측의 겔상 활물질층의 형성 공정에 있어서, 활물질 비함유 용액을 사용하여 부극측의 겔상 전해질층을 형성하는 것 이외에는 실시예 11과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[비교예 5]
부극측의 겔상 활물질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 인조 흑연을 사용하는 것 및 정극측의 겔상 활물질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질로서 인조 흑연을 사용하는 것 이외에는 실시예 8과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[비교예 6]
정극측의 고분자층의 형성 공정에 있어서, 활물질 비함유 용액 대신에 활물질 함유 용액을 사용하여 정극측의 고분자층을 형성하는 것 이외에는 실시예 12와 동일하게 하여 전지를 얻었다. 또한, 활물질 함유 용액으로서는, 부극측의 고분자층의 형성 공정과 동일한 것을 사용하였다.
[비교예 7]
부극측 전해질층의 형성 공정에 있어서, 부극 활물질을 혼합하지 않고 제조한 활물질 비함유 용액을 사용하는 것 이외에는 실시예 13과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[비교예 8, 9, 10]
정극 활물질량과 부극 활물질량을 조정하고, 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압(즉 전지 전압)이 4.35V(비교예 8), 4.40V(비교예 9), 4.45V(비교예 10)가 되도록 설계하는 것 이외에는 비교예 1과 동일하게 하여 전지를 얻었다.
[사이클 특성 및 전지 팽창의 평가]
상술한 바와 같이 하여 얻어진 전지의 사이클 특성을 다음과 같이 하여 평가하였다.
먼저, 전지 상태를 안정화시키기 위해서, 상온 환경 중(23℃)에 있어서 전지를 1사이클 충방전시켰다. 이어서, 저온 환경 중(0℃)에 있어서 전지를 1사이클 충방전시켜서, 2사이클째의 방전 용량 및 전지 두께를 측정하였다. 이어서, 동 환경 중(0℃)에 있어서 사이클 수의 합계가 200사이클에 도달할 때까지 전지를 반복하여 충방전시켜서, 200사이클째의 방전 용량 및 전지 두께를 측정하였다. 이어서, 상기 방전 용량의 측정 결과로부터, 용량 유지율(％)=(200사이클째의 방전 용량/2사이클째의 방전 용량)×100을 산출하였다. 또한, 상기 두께의 측정 결과로부터, 두께 변화(％)=((200사이클째의 전지 두께)-(2사이클째의 전지 두께))/(2사이클째의 전지 두께)×100을 산출하였다.
또한, 전지의 충방전은, 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압에 따라서 이하와 같이 제어되었다.
<완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압이 4.2V인 전지(실시예 1 내지 13), 비교예 1 내지 7)>
충전 시에는, 1C의 전류로 전압이 4.2V에 도달할 때까지 충전한 뒤, 4.2V의 전압으로 전류가 0.05C에 도달할 때까지 충전하였다. 방전 시에는, 1C의 전류로 전압이 3.0V에 도달할 때까지 방전하였다. 「1C」란, 전지 용량(이론 용량)을 1시간에 완전히 방전하는 전류값인 동시에, 「0.05C」란, 전지 용량을 20시간에 완전히 방전하는 전류값이다.
<완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압이 4.35V인 전지(실시예 14, 비교예 8)>
충전 시에는, 1C의 전류로 전압이 4.35V에 도달할 때까지 충전한 뒤, 4.35V의 전압으로 전류가 0.05C에 도달할 때까지 충전하였다. 방전 시에는, 1C의 전류로 전압이 3.0V에 도달할 때까지 방전하였다.
<완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압이 4.40V인 전지(실시예 15, 비교예 9)>
충전 시에는, 1C의 전류로 전압이 4.40V에 도달할 때까지 충전한 뒤, 4.40V의 전압으로 전류가 0.05C에 도달할 때까지 충전하였다. 방전 시에는, 1C의 전류로 전압이 3.0V에 도달할 때까지 방전하였다.
<완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압이 4.45V의 전지(실시예 16, 비교예 10)>
충전 시에는, 1C의 전류로 전압이 4.45V에 도달할 때까지 충전한 뒤, 4.45V의 전압으로 전류가 0.05C에 도달할 때까지 충전하였다. 방전 시에는, 1C의 전류로 전압이 3.0V에 도달할 때까지 방전하였다.
표 1은, 실시예 1 내지 16, 비교예 1 내지 10의 전지 구성 및 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112017125570114-pct00001
부극 활물질로서 흑연을 포함하는 겔상 전해질층을 부극측에 구비하고 있는 전지(실시예 1, 3)는, 그러한 겔상 전해질층을 부극측에 구비하고 있지 않은 전지(비교예 2)에 비하여 사이클 유지율을 향상시키고, 또한 두께 변화(전지 팽창)도 억제할 수 있다. 이것은, 저온 사이클 시에 부극 활물질이 고립되기 어려워져 전기 전도성의 저하가 억제되었고, 저온 사이클 시에 Li의 석출이 억제되었기 때문이다.
부극 활물질로서 티타늄산리튬이나 산화규소 등의 금속 산화물, 실리콘 합금 등의 금속을 포함하는 겔상 전해질층을 사용한 전지(실시예 4 내지 6)에서도, 부극 활물질로서 흑연을 포함하는 겔상 전해질층을 사용한 전지(실시예 1, 3)와 동일하게 사이클 유지율을 향상시키고, 또한 두께 변화도 억제할 수 있다.
부극 활물질을 포함하는 겔상 전해질층을 정극측에 구비하고 있는 전지(실시예 2, 7)에서도, 그러한 겔상 전해질층을 부극측에 구비하고 있는 전지(실시예 1, 4)와 동일하게 사이클 유지율을 향상시키고, 또한 두께 변화도 억제할 수 있다. 이것은, 저온 사이클 시에 정극 활물질이 고립되기 어려워져 전기 전도성의 저하가 억제되었고, 저온 사이클 시에 Li의 석출이 억제되었기 때문이다.
세퍼레이터에 활물질 함유 용액을 도포하여 겔상 전해질층을 형성한 전지(실시예 13)에서도, 정극 또는 부극에 활물질 함유 용액을 도포하여 겔상 전해질층을 형성한 전지(실시예 1, 2)와 동일하게 사이클 유지율을 향상시키고, 또한 두께 변화도 억제할 수 있다.
부극 활물질로서 금속 산화물(티타늄산리튬)을 포함하는 겔상 전해질층을 부극측 및 정극측의 양쪽에 형성한 전지(실시예 8)는, 부극 활물질로서 금속 산화물을 포함하는 겔상 전해질층을 정극측 또는 부극측에 형성한 전지(실시예 4, 7)와 동일하게, 사이클 유지율을 향상시키고, 또한 두께 변화도 억제할 수 있다. 한편, 부극 활물질로서 탄소 재료(흑연)를 포함하는 겔상 전해질층을 부극측 및 정극측의 양쪽에 형성한 전지(비교예 5, 6)는 정극-부극 간이 쇼트되어 버리기 때문에, 전지의 충방전을 할 수 없게 된다. 부극 활물질로서 금속 산화물(티타늄산리튬)을 포함하는 겔상 전해질층을 부극측 및 정극측의 양쪽에 형성한 전지에서는 쇼트가 발생하지 않는 것은, 금속 산화물(티타늄산리튬)은 탄소 재료(흑연)에 비하여 귀한 전위를 나타내는 것과 관계가 있는 것으로 생각된다.
한 쌍의 정극 및 부극당의 완전 충전 상태에 있어서의 개회로 전압이 4.35V 이상인 전지에 있어서, 부극 활물질층을 포함하는 겔상 전해질층을 구비한 경우에, 사이클 유지율의 향상 및 두께 변화 억제의 효과가 현저하다(실시예 1, 14 내지 16, 비교예 2, 비교예 8 내지 10).
이상, 본 기술의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명했지만, 본 기술은, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 기술의 기술적 사상에 기초하는 각종 변형이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에 있어서 예를 든 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은 어디까지나 예에 지나지 않고, 필요에 따라서 이것과 다른 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등을 사용해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태의 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은, 본 기술의 주지를 일탈하지 않는 한, 서로 조합하는 것이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하의 구성을 채용할 수도 있다.
(1)
정극과,
부극과,
부극 활물질을 포함하는 전해질층
을 구비하는 전지.
(2)
상기 전해질층은, 전해액과 고분자 화합물을 포함하고,
상기 전해액은, 상기 고분자 화합물에 의해 유지되어 있는 (1)에 기재된 전지.
(3)
상기 고분자 화합물은, 불소를 포함하는 고분자 화합물인 (2)에 기재된 전지.
(4)
상기 전해질층에 포함되는 부극 활물질과 상기 부극에 포함되는 부극 활물질은, 조성이 다른 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(5)
상기 전해질층은, 절연성 재료 및 도전 보조제 중 적어도 1종을 더 포함하고 있는 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(6)
상기 부극 활물질은 탄소 재료, 금속, 반금속, 금속 산화물, 반금속 산화물 및 고분자 화합물 중 적어도 1종을 포함하는 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(7)
상기 부극 활물질은 탄소 재료, 규소(Si), 주석(Sn) 및 티타늄산리튬 중 적어도 1종을 포함하는 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(8)
상기 부극 활물질은 탄소 재료를 포함하고,
상기 탄소 재료는, 비표면적이 0.1㎡/g 이상 50㎡/g 이하인 흑연인 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(9)
상기 전해질층은, 상기 정극 및 상기 부극의 한쪽의 전극에 인접하고, 다른 쪽의 전극으로부터 이격되어 있는 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(10)
상기 전해질층은, 상기 정극에 인접하는 제1 전해질층과, 상기 부극에 인접하는 제2 전해질층을 구비하고,
상기 제1 전해질층 및 상기 제2 전해질층의 한쪽이, 상기 부극 활물질을 포함하는 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(11)
상기 전해질층은, 상기 정극에 인접하는 제1 전해질층과, 상기 부극에 인접하는 제2 전해질층을 구비하고,
상기 제1 전해질층 및 상기 제2 전해질층의 양쪽이, 상기 부극 활물질을 포함하고,
상기 부극 활물질은, 금속 산화물을 포함하는 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(12)
상기 금속 산화물은, 티타늄산리튬인 (11)에 기재된 전지.
(13)
세퍼레이터를 더 구비하고,
상기 전해질층은, 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이 또는 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이에 설치되어 있는 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(14)
세퍼레이터를 더 구비하고,
상기 전해질층은 상기 세퍼레이터, 상기 정극 또는 상기 부극 상에 형성되어 있는 (1) 내지 (13) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(15)
상기 부극 활물질이, 상기 전해질층에 분산되어 있는 (1) 내지 (13) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(16)
한 쌍의 상기 정극 및 상기 부극당의 완전 충전 상태에 있어서의 개회로 전압이, 4.35V 이상인 (1) 내지 (15) 중 어느 한 항에 기재된 전지.
(17)
(1) 내지 (16) 중 어느 한 항에 기재된 전지와,
상기 전지를 제어하는 제어부
를 구비하는 전지 팩.
(18)
(1) 내지 (16) 중 어느 한 항에 기재된 전지를 구비하고,
상기 전지로부터 전력의 공급을 받는 전자 기기.
(19)
(1) 내지 (16) 중 어느 한 항에 기재된 전지와,
상기 전지로부터 전력의 공급을 받아서 차량의 구동력으로 변환하는 변환 장치와,
상기 전지에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 제어 장치
를 구비하는 전동 차량.
(20)
(1) 내지 (16) 중 어느 한 항에 기재된 전지를 구비하고,
상기 전지에 접속되는 전자 기기에 전력을 공급하는 축전 장치.
(21)
(1) 내지 (16) 중 어느 한 항에 기재된 전지를 구비하고,
상기 전지로부터 전력의 공급을 받는 전력 시스템.
11: 전지 캔
12, 13: 절연판
14: 전지 덮개
15: 안전 밸브 기구
15A: 디스크판
16: 열감 저항 소자
17: 가스켓
20: 권회 전극체
21, 33: 정극
21A, 33A: 정극 집전체
21B, 33B: 정극 활물질층
22, 34: 부극
22A, 34A: 부극 집전체
22B, 34B: 부극 활물질층
23, 35: 세퍼레이터
24: 센터 핀
25, 31: 정극 리드
26, 32: 부극 리드
27, 28: 전해질층
30: 권회 전극체
36, 37: 전해질층
38: 보호 테이프
40: 외장 부재
41: 밀착 필름
100: 축전 시스템
200: 하이브리드 차량
300: 전지 팩
400: 전자 기기

Claims (21)

  1. 정극과,
    탄소 재료, 규소(Si), 주석(Sn) 및 티타늄산리튬 중 적어도 1종을 포함하는 부극 활물질을 포함하는 부극과,
    탄소 재료, 규소(Si), 주석(Sn) 및 티타늄산리튬 중 적어도 1종을 포함하는 부극 활물질을 포함하는 전해질층
    을 구비하는 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은, 전해액과 고분자 화합물을 포함하고,
    상기 전해액은, 상기 고분자 화합물에 의해 유지되어 있는 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고분자 화합물은, 불소를 포함하는 고분자 화합물인 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전해질층에 포함되는 부극 활물질과 상기 부극에 포함되는 부극 활물질은, 조성이 다른 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은, 절연성 재료 및 도전 보조제 중 적어도 1종을 더 포함하고 있는 전지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 부극 활물질은 탄소 재료를 포함하고,
    상기 탄소 재료는, 비표면적이 0.1㎡/g 이상 50㎡/g 이하인 흑연인 전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은, 상기 정극 및 상기 부극의 한쪽의 전극에 인접하고, 다른 쪽의 전극으로부터 이격되어 있는 전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은, 상기 정극에 인접하는 제1 전해질층과, 상기 부극에 인접하는 제2 전해질층을 구비하고,
    상기 제1 전해질층 및 상기 제2 전해질층의 한쪽이, 상기 부극 활물질을 포함하는 전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은, 상기 정극에 인접하는 제1 전해질층과, 상기 부극에 인접하는 제2 전해질층을 구비하고,
    상기 제1 전해질층 및 상기 제2 전해질층의 양쪽이, 상기 부극 활물질을 포함하고,
    상기 부극 활물질은, 금속 산화물을 포함하는 전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 금속 산화물은, 티타늄산리튬인 전지.
  13. 제1항에 있어서, 세퍼레이터를 더 구비하고,
    상기 전해질층은, 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이 또는 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이에 설치되어 있는 전지.
  14. 제1항에 있어서, 세퍼레이터를 더 구비하고,
    상기 전해질층은 상기 세퍼레이터, 상기 정극 또는 상기 부극 상에 형성되어 있는 전지.
  15. 제1항에 있어서, 상기 부극 활물질이, 상기 전해질층에 분산되어 있는 전지.
  16. 제1항에 있어서, 한 쌍의 상기 정극 및 상기 부극의 완전 충전 상태에 있어서의 개회로 전압이, 4.35V 이상인 전지.
  17. 제1항에 기재된 전지와,
    상기 전지를 제어하는 제어부
    를 구비하는 전지 팩.
  18. 제1항에 기재된 전지를 구비하고,
    상기 전지로부터 전력의 공급을 받는 전자 기기.
  19. 제1항에 기재된 전지와,
    상기 전지로부터 전력의 공급을 받아서 차량의 구동력으로 변환하는 변환 장치와,
    상기 전지에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 제어 장치
    를 구비하는 전동 차량.
  20. 제1항에 기재된 전지를 구비하고,
    상기 전지에 접속되는 전자 기기에 전력을 공급하는 축전 장치.
  21. 제1항에 기재된 전지를 구비하고,
    상기 전지로부터 전력의 공급을 받는 전력 시스템.

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102338937B1 (ko) 2018-04-26 2021-12-10 주식회사 엘지에너지솔루션 고체 전해질 전지 및 그를 포함하는 전지모듈
US11426818B2 (en) 2018-08-10 2022-08-30 The Research Foundation for the State University Additive manufacturing processes and additively manufactured products
US11522215B2 (en) 2019-03-22 2022-12-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All-solid-state battery production method and all-solid-state battery
CN112530741B (zh) * 2020-11-30 2023-03-03 东莞市振华新能源科技有限公司 一种锂离子电池磁控开关及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093463A (ja) * 2000-09-11 2002-03-29 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質電池
JP2013191414A (ja) * 2012-03-14 2013-09-26 Sony Corp 電池、センターピン、電池パック、電子機器、電動工具、電動車両、蓄電装置および電力システム

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4163295B2 (ja) 1997-07-24 2008-10-08 株式会社クレハ ゲル状固体電解質型電池
JP2001214050A (ja) 2000-01-31 2001-08-07 Toppan Printing Co Ltd 架橋高分子固体電解質壁体
JP2004241184A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 Nissan Motor Co Ltd 電解質用組成物、高分子電解質とそれを用いた電池
JP4529413B2 (ja) * 2003-10-28 2010-08-25 日産自動車株式会社 超薄膜の高出力電池用電極およびこれを用いた高出力電池
JP2006049158A (ja) * 2004-08-06 2006-02-16 Trekion Co Ltd リチウム・ポリマー電池およびその製造方法
JP5135822B2 (ja) 2006-02-21 2013-02-06 日産自動車株式会社 リチウムイオン二次電池およびこれを用いた組電池
JP2008047402A (ja) * 2006-08-14 2008-02-28 Sony Corp 非水電解質二次電池
KR101506045B1 (ko) * 2007-05-11 2015-03-25 나믹스 코포레이션 리튬이온 2 차 전지 및 그 제조 방법
JP5448038B2 (ja) * 2009-02-27 2014-03-19 公立大学法人大阪府立大学 硫化物固体電解質材料
KR101117698B1 (ko) * 2009-11-19 2012-02-24 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지 및 상기 리튬 전지의 제조 방법
JP5429984B2 (ja) 2009-12-22 2014-02-26 京楽産業．株式会社 遊技機用ボタンスイッチ装置及び遊技機用ボタンスイッチ装置を備えた遊技機
US20120321962A1 (en) 2010-02-18 2012-12-20 Nec Energy Devices, Ltd. Polymer secondary battery and method for manufacturing the same
JP4762353B1 (ja) 2010-03-31 2011-08-31 ナミックス株式会社 リチウムイオン二次電池及びその製造方法
US20120251871A1 (en) 2011-03-29 2012-10-04 Tohoku University All-solid-state battery
JP5654924B2 (ja) * 2011-03-29 2015-01-14 株式会社デンソー 全固体電池
JP6024097B2 (ja) * 2011-11-15 2016-11-09 セイコーエプソン株式会社 固体電解質層形成用組成物、固体電解質層の製造方法およびリチウムイオン二次電池の製造方法
JP6070539B2 (ja) 2013-12-27 2017-02-01 ソニー株式会社 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置ならびに電力システム
US10343527B2 (en) * 2014-01-20 2019-07-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Cell, cell pack, electronic device, electric vehicle, electricity storage apparatus, and power system
WO2015107910A1 (ja) * 2014-01-20 2015-07-23 ソニー株式会社 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
WO2015166621A1 (ja) * 2014-05-02 2015-11-05 ソニー株式会社 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
FR3023302B1 (fr) * 2014-07-01 2016-07-15 I-Ten Batterie entierement solide comprenant un electrolyte solide a base de phosphate lithie, stable au contact de l'anode
JP2016025020A (ja) * 2014-07-23 2016-02-08 セイコーエプソン株式会社 電極複合体、リチウム電池および電極複合体の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093463A (ja) * 2000-09-11 2002-03-29 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質電池
JP2013191414A (ja) * 2012-03-14 2013-09-26 Sony Corp 電池、センターピン、電池パック、電子機器、電動工具、電動車両、蓄電装置および電力システム

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