KR20140135956A - 세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템 - Google Patents

세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20140135956A
KR20140135956A KR1020147023951A KR20147023951A KR20140135956A KR 20140135956 A KR20140135956 A KR 20140135956A KR 1020147023951 A KR1020147023951 A KR 1020147023951A KR 20147023951 A KR20147023951 A KR 20147023951A KR 20140135956 A KR20140135956 A KR 20140135956A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
particles
battery
separator
negative electrode
surface layer
Prior art date
Application number
KR1020147023951A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101955061B1 (ko
Inventor
모리아키 오쿠노
Original Assignee
소니 주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 소니 주식회사 filed Critical 소니 주식회사
Publication of KR20140135956A publication Critical patent/KR20140135956A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101955061B1 publication Critical patent/KR101955061B1/ko

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
    • H01M50/409—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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/305—Communication interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/51—Photovoltaic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/53—Batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/54—Fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/64—Optimising energy costs, e.g. responding to electricity rates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles
    • B60L53/665—Methods related to measuring, billing or payment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/68—Off-site monitoring or control, e.g. remote control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L55/00—Arrangements for supplying energy stored within a vehicle to a power network, i.e. vehicle-to-grid [V2G] arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14—Preventing excessive discharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • 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
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/387—Tin or alloys based on tin
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • 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
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • 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
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • 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
    • 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
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic 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
    • 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
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • 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
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/469—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape tubular or cylindrical
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/593—Spacers; Insulating plates
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/12—Bikes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/22—Microcars, e.g. golf cars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/11—Electric energy storages
    • B60Y2400/112—Batteries
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0409—Methods of deposition of the material by a doctor blade method, slip-casting or roller coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y02T90/167—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles, i.e. smartgrids as interface for battery charging of electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • 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
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]
    • 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
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S30/00—Systems supporting specific end-user applications in the sector of transportation
    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/12—Remote or cooperative charging
    • 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
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S30/00—Systems supporting specific end-user applications in the sector of transportation
    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/14—Details associated with the interoperability, e.g. vehicle recognition, authentication, identification or billing
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/904—Component specially adapted for hev
    • Y10S903/907—Electricity storage, e.g. battery, capacitor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

세퍼레이터는, 기재층과, 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치되고, 제1 입자와 제2 입자와 수지 재료를 포함하는 다공질의 표면층을 구비한다. 표면층은, 제1 입자로 구성된 제1 영역과, 제2 입자 및 수지 재료로 구성된 제2 영역을 포함한다.

Description

세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템{SEPARATOR, BATTERY, BATTERY PACK, ELECTRONIC DEVICE, ELECTRIC VEHICLE, ELECTRICITY STORAGE DEVICE AND ELECTRIC POWER SYSTEM}
본 기술은, 세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 세퍼레이터 및 세퍼레이터를 사용한 전지, 및, 이 전지를 사용한 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 리튬 이온 이차 전지의 고용량화에 수반하여, 리튬과 합금화하는 재료를 부극 활물질로서 사용하는 것이 검토되고 있다. 예를 들어, 이러한 부극 활물질로서, 탄소 재료보다 이론 용량이 큰, 규소 또는 주석 등의 리튬과 합금을 형성 가능한 원소를 포함하는 합금계 부극 재료가 검토되고 있다.
그러나, 셀 내의 체적이 한정되어 있기 때문에, 합금계 부극 재료를 사용하면, 활물질의 팽창을 흡수할 수 없어, 전지를 구성하는 각 부재에 압력이 가해져 부재의 손상, 변형, 셀 내압의 상승, 전지 특성의 저하 등을 야기한다는 문제가 발생한다.
이 문제에 대하여 세퍼레이터에 요철 형상을 형성함으로써, 합금계 부극 재료의 팽창을 흡수하는 기술이 보고되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 폴리올레핀 미다공막에 엠보스 가공으로 요철 형상을 형성함으로써 부극의 팽창을 흡수하는 기술이 제안되어 있다.
또한, 리튬 이온 이차 전지의 고용량화를 실현하기 위해서, 정극의 고전위화가 검토되고 있고, 정극의 고전위화에 수반하여, 세퍼레이터에는, 내산화성이나 내열성이 필요해진다. 이에 비해, 세퍼레이터나 전극 상에, 내열성 입자를 사용한 표면층을 형성함으로써 전지의 내열성이나 내산화성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.
국제 공개 제08/053898호
세퍼레이터에는, 부극의 팽창 흡수뿐만 아니라, 내산화성 및 내열성과 같은, 전지의 안전성을 높이는 기능이 요구되고 있다. 특허문헌 1에 제안되어 있는 것 같은, 내산화성이나 내열성이 약한 폴리올레핀 미다공막에서는, 내산화성 및 내열성이 충분하지 않다.
따라서, 본 기술의 목적은, 부극의 팽창을 흡수하여 전극의 열화를 억제할 수 있음과 함께, 내산화성 및 내열성을 향상할 수 있는 세퍼레이터 및 전지, 및 이것을 사용한 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 제1 기술은, 다공질의 기재층과, 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치되고, 제1 입자와 제2 입자와 수지 재료를 포함하는 다공질의 표면층을 구비하고, 표면층은, 적어도 제1 입자로 구성된 제1 영역과, 제2 입자 및 수지 재료로 구성된 제2 영역을 포함하는 세퍼레이터이다.
제2 기술은, 정극과, 부극과, 전해질과, 세퍼레이터를 구비하고, 세퍼레이터는, 다공질의 기재층과, 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치되고, 제1 입자와 제2 입자와 수지 재료를 포함하는 다공질의 표면층을 구비하고, 표면층은, 적어도 제1 입자로 구성된 제1 영역과, 제2 입자 및 수지 재료로 구성된 제2 영역을 포함하는 전지이다.
본 기술의 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템은, 제1 기술의 세퍼레이터를 갖는 전지, 또는 제2 기술의 전지를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 기술에서는, 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치된 표면층은, 적어도 제1 입자를 포함하는 제1 영역과, 제2 입자 및 수지 재료를 포함하는 제2 영역을 포함한다. 표면층이, 적어도 제1 입자를 포함하는 제1 영역 및 제2 입자 및 수지 재료를 포함하는 제2 영역을 포함함으로써, 부극의 팽창을 흡수하여 전극의 열화를 억제할 수 있음과 함께, 내산화성 및 내열성을 향상할 수 있다.
본 기술에 의하면, 부극의 팽창 체적을 흡수하여 전극의 열화를 억제할 수 있음과 함께, 내산화성 및 내열성을 향상할 수 있다.
도 1은, 본 기술의 제1 실시 형태에 의한 세퍼레이터의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 2의 A는, 상면으로부터 본 표면층의 일부를 확대한 확대 상면도이다. 도 2의 B는, 표면층의 단면을 모식적으로 도시하는 확대 단면도이다. 도 2의 C는, 제1 입자의 일부를 확대한 확대도이다.
도 3의 A는, 제1 입자가 붕괴된 후의 표면층의 단면을 모식적으로 도시하는 확대 단면도이다. 도 3의 B는, 제1 입자의 일부를 확대한 확대 단면도이다.
도 4는, 본 기술의 제2 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 5는, 도 4에 도시한 권회 전극체(20)의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 6은, 본 기술의 제3 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 기술의 제4 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은, 도 7에 나타낸 I-I 선을 따른 단면을 도시하는 단면도이다.
도 9의 A는, 외장 부재에 수용된 적층 전극체를 구비한 비수 전해질 전지의 외관도이다. 도 9의 B는, 외장 부재에 적층 전극체가 수용되는 모습을 도시하는 분해 사시도이다. 도 9의 C는, 도 9의 A에 나타내는 비수 전해질 전지의 저면 측으로부터의 외관을 나타내는 외관도이다.
도 10은, 본 기술의 제5 실시 형태에 의한 전지 팩의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 11은, 본 기술의 비수 전해질 전지를 사용한 주택용의 축전 시스템에 적용한 예를 나타내는 개략도이다.
도 12는, 본 기술이 적용되는 시리즈 하이브리드 시스템을 채용하는 하이브리드 차량의 구성 일례를 개략적으로 도시하는 개략도이다.
도 13의 A는, 압축 전의 표면층의 SEM상이다. 도 13의 B는, 압축 후의 표면층의 SEM상이다.
도 14의 A는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 단면의 SEM상을 나타낸다. 도 14의 B는, 도 14의 A에 있어서의 화살표a로 나타내는 부분을 확대한 SEM상이다. 도 14의 C는, 도 14의 B에 있어서의 화살표b로 나타내는 부분을 확대한 SEM상이다.
도 15의 A는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 SEM상이다. 도 15의 B는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다. 도 15의 C는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다. 도 15의 D는, 비교예 1-11의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 SEM상이다. 도 15의 E는, 비교예 1-11의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다. 도 15의 F는, 비교예 1-11의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다.
도 16의 A는, 실시예 1-11의 표면층의 제1 입자가 박리되어 있지 않은 상태의 SEM상이다. 도 16의 B는, 실시예 1-12의 제1 입자의 박리가 발생한 개소의 SEM상이다.
도 17의 A는, 실시예 3-1의 세퍼레이터 표면층(압축 전)의 SEM상이다. 도 17의 B는, 실시예 3-1의 세퍼레이터 표면층(압축 후)의 SEM상이다.
도 18의 A는, 비교예 3-2의 세퍼레이터 표면층(압축 전)이다. 도 18의 B는, 비교예 3-2의 세퍼레이터 표면층(압축 후)이다.
이하, 본 기술의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태(세퍼레이터의 예)
2. 제2 실시 형태(전지의 제1 예)
3. 제3 실시 형태(전지의 제2 예)
4. 제4 실시 형태(전지의 제3 예)
5. 제5 실시 형태(전지를 사용한 전지 팩의 예)
6. 제6 실시 형태(전지를 사용한 축전 시스템 등의 예)
7. 다른 실시 형태(변형예)
1. 제1 실시 형태
(세퍼레이터의 구조)
도 1을 참조하면서, 본 기술의 제1 실시 형태에 의한 세퍼레이터의 구성예에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 기술의 제1 실시 형태에 의한 세퍼레이터의 구성예를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 기술의 제1 실시 형태에 의한 세퍼레이터는, 기재(2)와, 기재(2)에 2개의 주면 중 적어도 하나의 주면에 형성된 표면층(3)을 구비한다. 또한, 도 1에 도시하는 세퍼레이터의 예는, 기재(2)에 2개의 주면의 양쪽에 표면층(3)이 형성된 세퍼레이터의 예이지만, 세퍼레이터는, 표면층(3)이 기재(2)의 2개의 주면 중 하나의 주면에 형성된 것이어도 된다. 세퍼레이터는, 전지 내에서 정극과 부극을 격리하여, 양극의 접촉에 의한 전류의 단락을 방지하는 것이다.
(기재)
기재(2)는 다공질성을 갖는 다공질층이다. 기재(2)는 보다 구체적으로는, 예를 들어, 이온 투과도가 크고, 소정의 기계적 강도를 갖는 절연성의 막으로 구성되는 다공질막이다. 예를 들어, 세퍼레이터가 전지에 사용된 경우에는, 기재(2)의 공공에 전해액이 유지된다. 기재(2)는 세퍼레이터의 주요부로서 소정의 기계적 강도를 갖는 한편, 전해액에 대한 내성이 높고, 반응성이 낮고, 팽창하기 어렵다고 하는 특성을 갖추는 것이 바람직하다.
기재(2)를 구성하는 수지 재료는, 예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀 수지, 아크릴 수지, 스티렌수지, 폴리에스테르 수지 또는 나일론 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선상 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌, 또는 그들의 저분자량 왁스분, 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지는 용융 온도가 적당하고, 입수가 용이하므로 적절하게 사용된다. 또한, 이들 2종 이상의 다공질막을 적층한 구조, 또는, 2종 이상의 수지 재료를 용융 혼련하여 형성한 다공질막일 수도 있다. 폴리올레핀 수지를 포함하는 다공질막을 포함하는 것은, 정극과 부극과의 분리성이 우수하고, 내부 단락의 저하를 한층 더 저감할 수 있다.
기재(2)로서는, 부직포를 사용해도 된다. 부직포를 구성하는 섬유로서는, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유, 또는 나일론 섬유 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 2종 이상의 섬유를 혼합하여 부직포로 해도 된다.
기재(2)의 두께는, 필요한 강도를 유지할 수 있는 두께 이상이라면 임의로 설정 가능하다. 기재(2)는 정극 및 부극간의 절연을 도모하고, 단락 등을 방지함과 함께, 세퍼레이터를 개재한 전지 반응을 적절하게 행하기 위한 이온 투과성을 갖고, 또한 전지 내에서 전지 반응에 기여하는 활물질층의 체적 효율을 가능한 한 높일 수 있는 두께로 설정되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 기재(2)의 두께는, 예를 들어, 5㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
(표면층)
표면층(3)은 다공질성을 갖는다. 구체적으로는, 예를 들어, 표면층(3)은 세퍼레이터로서의 이온 투과 기능, 전해액 유지 기능 등을 갖기 때문에, 전체에 미소한 공극이 다수 형성되어 있다. 이 세퍼레이터가, 전지에 적용된 경우에는, 표면층(3)의 공공(공극)에 전해액이 유지된다.
도 2의 A는, 상면으로부터 본 표면층의 일부를 확대한 확대 상면도이다. 도 2의 B는, 제1 입자가 붕괴되기 전의 표면층의 단면을 모식적으로 도시하는 확대 단면도이다. 도 2의 C는, 제1 입자의 일부(영역Q)를 확대한 확대 단면도이다. 도 3의 A는, 제1 입자가 붕괴된 후의 표면층의 단면을 모식적으로 도시하는 확대 단면도이다. 도 3의 B는, 제1 입자의 일부(영역 Q')를 확대한 확대 단면도이다.
도 2의 A 내지 도 2의 B, 도 3의 A에 도시한 바와 같이, 표면층(3)은 제1 입자(4a)와, 제2 입자(4b)와, 수지 재료(도시는 생략)를 포함한다. 표면층(3)에는, 제1 입자(4a)로 구성된 제1 영역(R1)과, 제2 입자(4b) 및 수지 재료로 구성된 제2 영역(R2)이 형성되어 있다. 예를 들어, 제1 영역(R1)은 제2 영역(R2)에 점재하고 있다. 표면층(3)에서는, 예를 들어, 섬 형상의 제1 영역(R1)이, 바다 형상의 제2 영역(R2)에 점재한 해도(海島) 구조가 형성되어 있다.
(제1 영역)
제1 영역(R1)은, 적어도 제1 입자(4a)로 구성되어 있다. 제1 입자(4a)는 예를 들어, 1차 입자인 미립자(4a1)가 응집한 2차 입자이다. 제1 입자(4a)는 예를 들어, 약간의 응력으로 용이하게 붕괴되는 붕괴성 입자이다. 제1 입자(4a)는 예를 들어, 입자를 용매에 분산시킨 슬러리의 제작 시 및 전지 제작 시에 있어서, 붕괴되지 않는 또는 일부밖에 붕괴되지 않는 것임과 동시에, 전지 내에서 전극의 팽창에 기인하는 압력을 받음으로써 붕괴하는 것이다. 예를 들어, 붕괴성 입자는, 소정의 압력까지는, 그 형상을 유지하지만, 소정의 압력을 초과하면, 그 형상을 유지하지 않는다. 예를 들어, 세퍼레이터가 받는 압력이 1.8kg/㎠ 이하이면, 제1 입자(4a)가 그 형상을 유지하고, 세퍼레이터가 받는 압력이 100kg/㎠이면, 제1 입자(4a)가 그 형상을 유지하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 제1 입자(4a)의 표면의 적어도 일부가, 제2 입자(4b)에 의해 피복되어 있어도 된다.
도 2의 B에 도시한 바와 같이, 제1 입자(4a)가 붕괴되기 전에는, 표면층(3)은 입경이 다른 제1 입자(4a)와, 제2 입자(4b)를 사용함으로써 형성된 요철을 갖는다. 제1 입자(4a)가 붕괴되기 전에는, 제1 영역(R1)은 요철 형상의 볼록부로 되어 있고, 제2 영역(R2)은, 요철 형상의 볼록부에 인접하는 오목부의 저부로 되어 있다. 예를 들어, 표면층(3)에서는, 제2 입자(4b)보다 큰 제1 입자(4a)가 요철 형상의 볼록부를 형성하고 있다. 제1 입자(4a)는 예를 들어, 전극과 세퍼레이터와의 사이에 공간을 형성하는 스페이서로서 기능하고 있다. 제1 입자(4a)가 스페이서로서 기능하고 있다는 것은, 제1 입자(4a)의 입자 높이가, 표면층(3)의 두께 측정(막 두께 측정)에 반영되는 것을 말한다. 즉, 제1 입자(4a)의 입자 높이가, 표면층(3)의 두께와 거의 동등해지는 것을 말한다. 제1 입자(4a)의 입자 높이가, 표면층(3)의 두께와 거의 동등해진다는 것은, 제1 입자(4a)의 입자 높이와 표면층(3)의 두께와의 차가 1㎛ 이내인 경우를 말한다. 이러한 경우, 예를 들어, 제1 입자(4a)는 전극 권회시에 걸리는 와인더 텐션(권취 장력) 인가 시에도, 전극과 세퍼레이터와의 사이에 공간을 형성하는 스페이서로서 기능하고 있다고 말할 수 있다. 제1 입자(4a)의 입자 높이는, 표면층(3)의 두께 방향에 있어서, 볼록부를 형성하고 있는 제1 입자(4a)의 가장 낮은 위치와 가장 높은 위치와의 차를 말한다. 제1 입자(4a)의 입자 높이는, 예를 들어, 세퍼레이터의 단면을 SEM 관찰한 경우에, 표면층(3)의 두께 방향에 있어서, 제1 입자(4a)의 입자 상의 가장 낮은 위치를 통하는 두께 방향에 수직인 선과, 가장 높은 위치를 지나는 두께 방향에 수직인 선을 긋고, 이들 2개의 평행선 사이 두께 방향의 길이를 측정함으로써 구할 수 있다.
도 3의 A에 도시한 바와 같이, 충전 시에, 부극이 팽창하면, 부극의 팽창 압력을 받고, 제1 입자(4a)는 붕괴되어서 찌부러진다. 예를 들어, 제1 입자(4a)는 붕괴되어서 두께 방향으로 찌부러진다. 이에 의해, 부극의 팽창 체적을 흡수함으로써, 부극 집전체 등의 전지 부재의 손상을 억제할 수 있다. 예를 들어, 부극의 팽창 체적을 보다 흡수할 수 있는 관점에서, 표면층은, 세퍼레이터가 100kg/㎠로 압축된 때에, 제1 입자(4a)가 붕괴되어서 찌부러짐으로써 압축 후의 표면층의 압축률이 40％ 이상으로 되는 것이 바람직하다. 표면층(3)의 압축률은, 예를 들어, 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 즉, 압축 전후의 표면층(3)의 막 두께 차분으로부터, 찌부러진 표면층 두께를 산출한다. 이어서, 「찌부러진 표면층 두께」 및 「압축 전의 표면층의 막 두께」를 이하의 식에 대입함으로써, 표면층의 압축률을 구한다. 표면층 압축률(％)=(찌부러진 표면층 두께/압축 전의 표면층의 막 두께)×100(％)
도 3의 A에 도시한 바와 같이, 제1 입자(4a)가 붕괴된 후에 있어서, 미립자(4a1)가 응집한 제1 입자(4a)로 구성된 제1 영역(R1)과, 제2 입자(4b) 및 수지 재료로 구성된 제2 영역(R2)은 유지되고 있다. 제1 입자(4a)가 붕괴된 후에는, 제1 입자(4a)의 형상은, 붕괴 전의 형상이 두께 방향으로 찌부러진 형상이 된다. 예를 들어, 제1 입자(4a)가 붕괴된 후에는, 제1 입자(4a)는 붕괴 전의 구상의 입자가 두께 방향으로 찌부러진 타원체 형상의 입자가 된다. 또한, 타원체 형상이란, 장축 및 단축을 갖는 편평 형상을 말한다. 제1 입자(4a)가 붕괴되어서 찌부러진 후에는, 제1 입자(4a)가 찌부러짐으로써 볼록부가 거의 평탄화함으로써, 표면층(3)의 요철은 완화된다. 이에 의해, 전극간 거리를 일정하게 할 수 있기 때문에, 전위 불균일이 발생하는 등의 악영향을 억제할 수 있다.
붕괴 전의 제1 입자(4a)의 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 구상, 입상 과립 형상, 부정 형상 등을 들 수 있다. 또한, 구상에는, 진구 형상 뿐만 아니라, 진구 형상이 약간 편평 또는 왜곡된 형상, 진구 형상의 표면에 요철이 형성된 형상, 또는 이 형상이 조합된 형상 등도 포함된다. 붕괴 전의 제1 입자(4a)의 형상은, 이하의 이점이 얻어지는 점으로부터, 구상인 것이 바람직하다. 즉, 제1 입자(4a)가 구상일 경우, 입자를 용매에 분산하는 슬러리화 등의 공정에 있어서, 슬러리화에 필요한 시간이 일정해진다. 이 효과는, 특히 입경을 고르게 하였을 경우에 현저하다. 또한, 제1 입자(4a)가 구상일 경우, 부정형의 입자와 비교하여, 마찰이나 미소한 압력 등에 의해 입자의 일부가 붕괴되는 일이 적고, 취급하기 쉽다. 또한, 붕괴성을 갖는 입자의 입자 직경이, 압축 전의 표면층 막 두께가 되기 때문에, 구상인 쪽이 치수의 관리가 용이하다.
2차 입자인 제1 입자(4a)의 평균 입자 직경은, 예를 들어, 1㎛ 이상 50㎛ 이하이고, 바람직하게는 3㎛ 이상 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3㎛ 이상 10㎛ 이하이다. 평균 입자 직경이 3㎛ 미만인 경우, 표면층(3)의 변형량이 감소하고, 흡수할 수 있는 부극의 팽창 체적이 감소하는 경향이 있다. 20㎛를 초과하는 경우, 전지의 체적 용량을 감소시키는 경향이 된다. 2차 입자인 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자는, 특히 소위 초미립자라고 칭해지는 것이 바람직하다.
제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1)의 평균 입자 직경은, 예를 들어, 1nm 이상 500nm 이하이고, 더 높은 표면층(3)의 변형량이 얻어지는 점으로부터, 1nm 이상 100nm 이하인 것이 바람직하다. 제1 입자(4a)의 압축 강도는, 100MPa 이하인 것이 바람직하다. 이러한 제1 입자(4a)로서는, 2차 입자 중의 세공 용적이 1ml/g을 초과함과 동시에, 비표면적이 500㎡/g를 초과하는 2차 입자인 것이 바람직하다. 또한, 평균 입자 직경은, 레이저 회절법에 의해 측정한 입도 분포에 있어서, 작은 입경의 입자 측에서 기산한 체적 누계 50％의 평균 입자 직경(D50)이다. 예를 들어, 평균 입자 직경(D50)은 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(가부시끼가이샤 시마즈 세이사꾸쇼제, 제품명: SALD7100)를 사용하여 측정할 수 있다.
제1 입자(4a)로서는, 구체적으로는, 예를 들어, 미세한 입자를 결합제의 존재하에 조립하여 얻어지는 조립물, 미세한 입자를 분산시킨 슬러리를 분무 건조하여 얻어지는 조립물, 입자 합성 시에 2차 입자가 되는 입자, 또는, 미지근한 결합 조건에서 성형한 성형물을 분쇄하여 얻어지는 성형 및 분쇄물, 중공 구조를 갖는 입자 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 제1 입자(4a)로서는, 조립물이 바람직하다. 또한, 세퍼레이터에의 내열성 및 내산화성을 부여하는 관점으로부터 말하면, 제1 입자(4a)는 금속 산화물 입자인 것이 바람직하다.
(제2 영역)
제2 영역(R2)은, 제2 입자(4b)와, 수지 재료로 구성되어 있다. 제2 영역(R2)은, 다공질 구조를 갖는다. 수지 재료는, 입자를 기재(2)의 표면에 결착하기 위해서나 입자끼리를 결착하기 위하여 함유되어 있다. 이 수지 재료는, 예를 들어, 피브릴화하고, 피브릴이 상호 연속적으로 연결된 삼차원적인 네트워크 구조를 가져도 된다. 제2 입자(4b)는 이 삼차원적인 네트워크 구조를 갖는 수지 재료에 담지됨으로써, 서로 연결되지 않고 분산 상태를 유지할 수 있다. 또한, 수지 재료는, 피브릴화하지 않고 기재(2)의 표면이나 입자끼리를 결착해도 된다. 이 경우, 더 높은 결착성을 얻을 수 있다.
제2 입자(4b)의 평균 입자 직경은, 예를 들어, 0.01㎛ 이상 3.0㎛ 이하이고, 바람직하게는, 0.1㎛ 이상 1.0㎛ 이내이다. 0.1㎛ 미만이면 도료의 점도가 너무 높아짐으로써, 도포가 곤란해지는 경향이 있다. 또한, 1.0㎛를 초과하는 경우, 도막의 균일성을 확보하는 것이 어렵고, 기재(2)의 노출 가능성이 높아져, 내산화성이나 내단락성 등의 특성이 악화되는 경향이 있다.
제2 영역(R2)의 막 두께는, 제2 입자(4b)의 도막 균일성을 확보하여 기재(2)의 노출을 억제하고, 보다 내산화성 및 내열성을 높이는 점에서, 1.5㎛ 이상인 것이 바람직하다.
(제1 입자(4a)와 제2 입자(4b)와의 비율)
표면층(3)에 포함되는 제1 입자(4a)와 제2 입자(4b)와의 비율은, 제1 입자(4a)와 제2 입자(4b)와의 체적의 합을 100으로 했을 경우, 제2 입자(4b)의 체적 비율이 10％ 이상인 것이 바람직하다. 즉, 제2 입자(4b)의 체적 비율은, 제1 입자(4a)와 제2 입자(4b)와의 합계 체적에 대하여 10％ 이상인 것이 바람직하다. 제2 입자(4b)의 체적 비율이 10％ 미만인 경우, 제1 입자(4a)의 내박리성이 저감된다.
(제1 영역 및 제2 영역의 확인)
제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)은, 표면층(3)의 단면을 FE-SEM(전계 방출형 주사 전자 현미경 히타치 하이테크놀로지사제 s-4800)로 분석함으로써 확인할 수 있다. 또한, 제1 입자(4a)와 제2 입자(4b)와의 조성이 상이한 경우, 원소 분석함으로써, 제1 영역(R1)과, 제2 영역(R2)을 확인할 수 있다.
이하, 표면층(3)에 포함되는, 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1) 및 제2 입자(4b)를 구성하는 입자 및 수지 재료에 대하여 상세하게 설명한다.
제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1) 및 제2 입자(4b)는 모두, 무기 입자 및 유기 입자 중 적어도 어느 하나 등의 전기 절연성의 입자이다.
(무기 입자)
무기 입자로서는, 전기 절연성의 무기 입자인 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 황화물 등의 입자를 들 수 있다. 금속 산화물로서는, 산화 알루미늄(알루미나, Al2O3), 베마이트(수화알루미늄 산화물), 산화마그네슘(마그네시아, MgO), 산화티타늄(티타니아, TiO2), 산화지르코늄(지르코니아, ZrO2), 산화규소(실리카, SiO2) 또는 산화이트륨(이트리아, Y2O3) 등을 적절하게 사용할 수 있다. 금속 질화물로서는, 질화규소(Si3N4), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 또는 질화티타늄(TiN) 등을 적절하게 사용할 수 있다. 금속 탄화물로서는, 탄화규소(SiC) 또는 탄화 붕소(B4C) 등을 적절하게 사용할 수 있다. 금속 황화물로서는, 황산바륨(BaSO4) 등을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 제올라이트(㎡/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O, M은 금속 원소, x≥2, y≥0) 등의 다공질 알루미노규산염, 층상 규산염, 티타늄산바륨(BaTiO3) 또는 티타늄산스트론튬(SrTiO3) 등의 광물을 사용해도 된다. 그 중에서도, 알루미나, 티타니아(특히 루틸형 구조를 갖는 것), 실리카 또는 마그네시아를 사용하는 것이 바람직하고, 알루미나를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 무기 입자는 내산화성 및 내열성을 구비하고 있고, 무기 입자를 함유하는 정극 대향 측면의 표면층(3)은 충전 시의 정극 근방에 있어서의 산화 환경에 대해서도 강한 내성을 갖는다. 무기 입자의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니라, 구상, 타원체 형상, 판상, 섬유 형상, 큐빅 형상 및 랜덤 형상 등의 어느 것도 사용할 수 있다.
(유기 입자)
유기 입자를 구성하는 재료로서는, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 함유 수지, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소 함유 고무, 스티렌-부타디엔 공중합체 또는 그 수소화물, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 또는 그 수소화물, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 또는 그 수소화물, 메타크릴산에스테르-아크릴산에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴산에스테르 공중합체, 아크릴로니트릴-아크릴산에스테르 공중합체, 에틸렌프로필렌 고무, 폴리비닐알코올, 폴리아세트산비닐 등의 고무류, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 폴리페닐렌에테르, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드, 전체 방향족 폴리아미드(아라미드) 등의 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 폴리에테르, 아크릴산 수지 또는 폴리에스테르 등의 융점 및 유리 전이 온도 중 적어도 한쪽이 180℃ 이상의 높은 내열성을 갖는 수지 등을 들 수 있다. 이들 재료는, 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 그 중에서도, 내산화성 및 유연성의 관점에서는, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계 수지가 바람직하고, 내열성의 관점에서는, 아라미드 또는 폴리아미드이미드를 포함하는 것이 바람직하다. 유기 입자의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 구상, 타원체 형상, 판상, 섬유 형상, 큐빅 형상 및 랜덤 형상 등의 어느 것도 사용할 수 있다.
제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1) 및 제2 입자(4b)를 단독 재료종의 입자로 구성해도 되고, 또한, 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1)를 단독 재료종으로 구성하고, 제2 입자(4b)를 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1)와는 다른 단독 재료종으로 구성해도 된다. 또한, 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1)를 복수 재료종으로 구성하고, 제2 입자(4b)를 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1)와는 다른 복수 재료종으로 구성해도 된다. 또한, 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1)를 복수 재료종으로 구성하고, 제2 입자(4b)를 제1 입자(4a)를 구성하는 미립자(4a1)와 동일한 복수 재료종으로 구성해도 된다.
(수지 재료)
표면층(3)을 구성하는 수지 재료로서는, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 함유 수지, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소 함유 고무, 스티렌-부타디엔 공중합체 또는 그 수소화물, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 또는 그 수소화물, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 또는 그 수소화물, 메타크릴산에스테르-아크릴산에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴산에스테르 공중합체, 아크릴로니트릴-아크릴산에스테르 공중합체, 에틸렌프로필렌 고무, 폴리비닐알코올, 폴리아세트산 비닐 등의 고무류, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 폴리페닐렌에테르, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드, 전체 방향족 폴리아미드(아라미드) 등의 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 폴리에테르, 아크릴산 수지 또는 폴리에스테르 등의 융점 및 유리 전이 온도 중 적어도 한쪽이 180℃ 이상의 높은 내열성을 갖는 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지 재료는, 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 그 중에서도, 내산화성 및 유연성의 관점에서는, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계 수지가 바람직하고, 내열성의 관점에서는, 아라미드 또는 폴리아미드이미드를 포함하는 것이 바람직하다.
제1 입자(4a)의 붕괴 전의 편면당의 표면층(3)의 두께는, 예를 들어, 3.5㎛ 이상 20㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 범위 외에 두께가 작은 경우에는, 부극의 팽창을 흡수하는 기능이 저하된다. 또한, 상기 범위 외에 두께가 큰 경우에는, 세퍼레이터 자체의 두께가 커지고, 전지의 체적 효율 저하로 연결된다. 또한, 표면층(3)은 요철 형상을 갖고, 균일한 막 두께를 갖고 있지 않다. 표면층(3)의 두께 측정에 사용하는 막 두께 측정기로서는, 예를 들어, 미쯔토요제의 직경 6 mm의 원형 평면 압자, 1.8kg/㎠의 가압 조건에서 측정할 수 있다.
(세퍼레이터의 제조 방법)
이하, 표면층(3)을 설치한 세퍼레이터의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 표면층(3)을 형성하기 위한 수지 용액을 제조한다. 표면층(3)을 구성하는 수지 재료와 제1 입자(4a)와, 제2 입자(4b)를 소정의 비율로 혼합하고, N-메틸-2-피롤리돈 등의 분산 용매에 첨가하여, 수지 재료를 용해시켜서, 수지 용액을 얻는다.
수지 용액에 사용하는 분산 용매로서는, 본 기술의 수지 재료를 용해할 수 있는 용매라면 모두 사용 가능하다. 분산 용매로서는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈 외에, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 톨루엔 또는 아세토니트릴 등이 사용되지만, 용해성 및 고분산성의 관점에서 N-메틸-2-피롤리돈을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 기재(2)의 표면에 표면층(3)을 형성한다. 수지 용액을, 기재(2) 중 적어도 한쪽 표면에, 도포함으로써 도포층을 형성한다. 이어서, 도포층을 형성한 기재(2)를 응고액인 물 등에 침지 후 건조시킨다. 이에 의해, 제1 입자(4a)로 구성된 제1 영역(R1)과, 제2 입자(4b)와 수지 재료로 구성된 제2 영역(R2)을 갖는 표면층(3)이 형성된다. 도포층을 형성한 기재(2)를 침지시키는 응고액은, 예를 들어, 수지 용액에 대하여 수지 용액에 용해한 수지 재료에 대하여 빈용매이며, 또한 수지 재료를 용해시키는 분산 용매에 대해서는 양용매인 물 등이다. 수지 재료를 용해하고, 제1 입자(4a) 및 제2 입자(4b)를 포함하는 수지 용액을, 수지 재료에 대하여 빈용매이며, 또한 수지 재료를 용해시키는 분산 용매에 대해서는 양용매인 물 등의 용매에 접촉시킴으로써, 용매 교환이 일어난다. 이에 의해, 스피노달 분해를 수반하는 급격한(속도가 빠른) 상분리가 발생하고, 수지 재료가 독특한 삼차원 그물눈 구조로 고정된다. 이와 같이 하여 제작한 표면층(3)의 제2 영역(R2)은, 빈용매에 의한, 스피노달 분해를 수반하는 급격한 빈용매 유기 상분리 현상을 이용함으로써 독특한 다공질 구조를 형성하고 있다. 또한, 이 구조에 의해, 우수한 비수 전해액 함침성 및 이온 도전성을 실현 가능하게 하고 있다. 또한, 기재(2)의 표면에 표면층(3)을 형성할 때에, 응고액에 침지하지 않고 직접 건조시켜서 형성해도 된다. 이 경우 수지 재료는 독특한 삼차원 그물눈 구조로 되지는 않지만, 기재 표면이나 입자끼리를 견고하게 결착하는 것이 가능하게 된다. 이상에 의해, 본 기술의 세퍼레이터를 얻을 수 있다.
(효과)
본 기술의 세퍼레이터에서는, 제1 입자(4a) 및 제2 입자(4b), 및 수지 재료를 함유하는 표면층(3)은 내산화성, 내열성 및 기계 강도를 폴리올레핀 미다공막 등의 기재(2)에 부여할 수 있다.
본 기술의 세퍼레이터를 전지에 사용한 경우, 충전 시에, 부극이 팽창하면, 부극의 팽창 압력을 받고, 제1 영역(R1)을 형성하는 제1 입자(4a)는 붕괴되어서 찌부러진다. 이에 의해, 부극의 팽창 체적을 흡수함으로써, 부극 집전체 등의 전지 부재의 손상을 억제할 수 있다. 제1 입자(4a)가 붕괴된 후에 있어서, 미립자(4a1)가 응집한 제1 입자(4a)로 구성된 제1 영역(R1)과, 제2 입자(4b) 및 수지 재료로 구성된 제2 영역(R2)은 유지되고 있다. 제1 입자(4a)가 붕괴되어 찌부러진 후에는, 제1 입자(4a)가 붕괴되어 찌부러짐으로써 볼록부가 거의 평탄화됨으로써, 표면층(3)의 요철은 완화된다. 이에 의해, 전극간 거리를 일정하게 할 수 있기 때문에, 전위 불균일이 발생하는 등의 악영향을 억제할 수 있다.
제2 영역(R2)을 형성하는 제2 입자(4b)는 기재(2)에 부여하는 내산화성, 내열성 및 기계 강도를 보다 높이고, 그리고, 제1 영역(R1)에 포함되는 제1 입자(4a)의 탈락을 방지한다. 즉, 제2 입자(4b)는 제1 입자(4a) 간의, 제1 입자(4a)에 의해 덮여 있지 않은 기재(2)의 노출면을 덮고, 기재(2)에 부여하는 내산화성 및 내열성을 보다 높이는 기능을 갖는다. 제2 입자(4b)는 제1 입자(4a)의 탈락을 방지하는 기능을 갖는다. 즉, 기재(2)의 표면을 덮는 제2 입자(4b)는 제1 입자(4a)가 토대로 되는 토대층을 형성하고, 이 토대층에 제1 입자(4a)의 일부가 매립되도록, 제1 입자(4a)가 배치된다. 이에 의해, 제1 입자(4a)의 접착 면적이 커지기 때문에, 제1 입자(4a)의 탈락을 억제할 수 있다.
한편, 예를 들어, 제1 입자(4a)만으로 표면층(3)을 형성하고자 하면, 입자 직경이 크기 때문에 균일하게 도포할 수 없고, 입자 간극에서는 기재(2)가 노출되어버리기 때문에, 내산화성 및 내열성을 확보할 수 없다. 또한, 치밀하게 충전하기 위해, 표면층(3)을 형성하기 위한 수지 용액(도료)의 도포량을 증가시킨 경우, 입자가 겹치면 막 두께가 급격하게 증가되어 버린다. 그 밖에, 입자가 커서 기계 강도를 부여하기 어렵고, 내박리성이 없고, 간단하게 탈락하고, 입자의 비표면적이 커서 도료 점도가 상승하여 고형분이 감소하기 때문에 용제 도료를 대량으로 사용할 필요가 있고, 환경 및 용제 제거에 부하가 걸린다고 하는, 문제점이 발생할 것이 염려된다.
또한, 예를 들어, 제1 입자(4a)가 붕괴성 입자가 아닐 경우, 표면층(3)의 변형량을 확보할 수 없다. 예를 들어, 붕괴성 입자 대신 붕괴성이 없는 입자를 사용하여, 붕괴성 입자를 사용한 경우와 동등한 변형량을 확보하고자 하면, 기재(2)를 압축해버려, 투기도가 상승하고, 요철 구조가 남은 채로 전위 불균일이 발생한다는 문제점이 발생할 것이 염려된다.
본 기술에 있어서, 도막 제작 시 또는 핸들링으로, 제1 입자(4a)의 탈락이, 많이 발생하면, 기재(2)가 노출되기 때문에, 내열성이나 내산화성이라고 하는 요구되는 효과가 저감되어 버린다. 예를 들어, 제1 입자(4a)를 단독으로 기재(2) 위에 도포한 경우나, 제2 입자(4b)의 체적 비율이 부족한 경우, FE-SEM(전계 방사형 주사 전자 현미경: Field Emission-Scanning Electron Microscope)에 의한 표면 관찰로부터, 제1 입자(4a)의 탈락 자국이 관찰된다. 한편, 본 기술과 같이, 제1 입자(4a)의 일부가, 제2 입자(4b)에 매립되어 있을 경우, FE-SEM에 의한 표면 관찰로부터는, 제1 입자(4a)의 탈락을 확인할 수 없다. 제1 입자(4a)를 접착하는 면적이 늘어나서 탈락을 방지하고 있다고 생각된다. 즉, 제1 입자(4a)와 제2 입자(4b)를 포함하는 도료를, 한번에 도포하고, 제1 입자(4a)의 적어도 일부가 제2 입자(4b)에 피복되는 것이 중요하다. 예를 들어, 먼저, 제2 입자(4b)의 층을 형성한 후, 제1 입자(4a)의 층을 형성하는 2단계의 방식에서는, 제1 입자(4a)가 제2 입자(4b)의 층에 매립되지 않기 때문에, 제1 입자(4a)의 탈락을 방지할 수 없다.
본 기술의 세퍼레이터는, 부극 활물질로서, 리튬과 합금 형성 가능한 원소를 포함하는 합금계 부극 재료가 사용된 전지에 적용됨으로써, 현저한 효과를 발휘한다. 부극 활물질로서, 합금계 부극 재료가 사용된 부극에서는, 충전 시의 팽창이 현저하다. 이로 인해, 본 기술의 세퍼레이터를, 합금계 부극 재료를 부극 활물질로서 사용한 전지에 적용한 경우에, 표면층(3)에 의해 부극의 팽창을 흡수하는 것에 의한 전극의 손상, 파단의 방지 효과가 보다 높아진다. 또한, 본 기술의 세퍼레이터는, 부극 활물질로서 흑연 등의 탄소 재료를 사용한 전지에 적용해도 된다.
본 기술의 세퍼레이터는, 정극과 부극이 세퍼레이터를 통해 적층되어, 권회된 권회 전극체를 구비하는 전지에 적용됨으로써, 더 현저한 효과를 발휘한다. 권회 전극체에서는, 부극의 팽창에 따라 부극 집전체의 권회 방향에 인장 응력이 인가되기 때문에, 적층 전극체와 비교하여 부극 집전체가 소성 변형을 일으키기 쉬워져버린다. 이 경우, 부극 활물질층에도 깨짐, 박리 또는 탈피 등이 발생한다. 또한, 인장 응력이 큰 경우에는, 부극 집전체가 파단될 우려가 있다. 본 기술의 세퍼레이터를 사용함으로써, 권회 전극체의 권회 구조에 기인하는 전극에의 부담을 저감할 수 있고, 또한 전극의 손상, 파단의 방지 효과가 높아진다.
또한, 상술한 특허문헌1(국제 공개 제08/053898호)에 기재된 요철을 갖는 폴리올레핀 미다공막에 내열성을 얻기 위해서, 내열 입자를 사용한 표면층을 설치하는 경우, 형성한 요철을 매립하는 형태가 되어버리기 때문에, 적합하지 않다. 또한, 폴리올레핀 미다공막의 구멍 직경은 작고, 전극과 세퍼레이터와의 사이에 공간이 존재하면, 요철 구조는 전위 불균일을 야기해 전지의 부하 특성 악화나 덴트라이트의 발생을 야기해버린다. 부극에 합금계 부극 재료를 사용한 고용량 전지에 있어서, 팽창 흡수의 능력과 내산화성 및 내열성 양쪽을 세퍼레이터에 부여할 것이 요구되지만, 본원 발명자들의 지식에 의하면, 종래의 내열성 입자를 사용한 높은 압축 특성을 갖는 표면층의 제작에 관한 종래 기술은 존재하지 않는다.
2. 제2 실시 형태
(전지의 구성)
본 기술의 제2 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지에 대하여 설명한다. 본 기술의 제2 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지는, 본 기술의 제1 실시 형태에 의한 세퍼레이터를 사용한 비수 전해질 전지이다.
도 4를 참조하면서, 본 기술의 제2 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지의 구조에 대하여 설명한다. 도 4는, 본 기술의 제2 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지의 일례를 도시하는 단면도이다. 비수 전해질 전지는, 예를 들어 충전 및 방전이 가능한 비수 전해질 이차 전지이다. 이 비수 전해질 전지는, 소위 원통형이라고 불리는 것이며, 거의 중공 원기둥 형상의 전지 캔(11)의 내부에, 도시하지 않은 액체 상태의 비수 전해질(이하, 비수전해액이라고 적절히 칭함)과 함께 띠 형상의 정극(21)과 부극(22)이 본 기술의 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성을 갖는 세퍼레이터(23)를 통해 권회된 권회 전극체(20)를 갖고 있다.
전지 캔(11)은 예를 들어 니켈 도금이 실시된 철에 의해 구성되어 있고, 일단부가 폐쇄되고 타단부가 개방되어 있다. 전지 캔(11)의 내부에는, 권회 전극체(20)를 사이에 두도록 권회 둘레면에 대하여 수직으로 한 쌍의 절연판(12a, 12b)이 각각 배치되어 있다.
전지 캔(11)의 재료로서는, 철(Fe), 니켈(Ni), 스테인리스(SUS), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등을 들 수 있다. 이 전지 캔(11)에는, 비수 전해질 전지의 충방전에 수반하는 전기 화학적인 비수 전해액에 의한 부식을 방지하기 위해서, 예를 들어 니켈 등의 도금이 실시되어 있어도 된다. 전지 캔(11)의 개방 단부에는, 정극 리드판인 전지 덮개(13)와, 이 전지 덮개(13)의 내측에 설치된 안전 밸브 기구 및 열감 저항 소자(PTC 소자: Positive Temperature Coefficient)(17)가, 절연 밀봉을 위한 가스킷(18)을 통해 코오킹됨으로써 설치되어 있다.
전지 덮개(13)는 예를 들어 전지 캔(11)과 마찬가지의 재료에 의해 구성되어 있고, 전지 내부에서 발생한 가스를 배출하기 위한 개구부가 설치되어 있다. 안전 밸브 기구는, 안전 밸브(14)와 디스크 홀더(15)와 차단 디스크(16)가 순서대로 겹쳐져 있다. 안전 밸브(14)의 돌출부(14a)는 차단 디스크(16)의 중심부에 설치된 구멍부(16a)를 덮도록 배치된 서브 디스크(19)를 통해 권회 전극체(20)로부터 도출된 정극 리드(25)와 접속되어 있다. 서브 디스크(19)를 통해 안전 밸브(14)와 정극 리드(25)가 접속됨으로써, 안전 밸브(14)의 반전 시에 정극 리드(25)가 구멍부(16a)로부터 인입되는 것을 방지한다. 또한, 안전 밸브 기구는, 열감 저항 소자(17)를 통해 전지 덮개(13)와 전기적으로 접속되어 있다.
안전 밸브 기구는, 전지 내부 단락 또는 전지 외부로부터의 가열 등에 의해 비수 전해질 전지의 내압이 일정 이상이 되었을 경우에, 안전 밸브(14)가 반전하고, 돌출부(14a)와 전지 덮개(13)와 권회 전극체(20)의 전기적 접속을 절단하는 것이다. 즉, 안전 밸브(14)가 반전되었을 때에는 차단 디스크(16)에 의해 정극 리드(25)가 눌려서 안전 밸브(14)와 정극 리드(25)의 접속이 해제된다. 디스크 홀더(15)는 절연성 재료를 포함하고, 안전 밸브(14)가 반전되었을 경우에는 안전 밸브(14)와 차단 디스크(16)가 절연된다.
또한, 전지 내부에서 가스가 더 발생하고, 전지 내압이 더 상승한 경우에는, 안전 밸브(14)의 일부가 파열되어 가스를 전지 덮개(13) 측으로 배출 가능하게 하고 있다.
또한, 차단 디스크(16)의 구멍부(16a)의 주위에는 예를 들어 복수의 가스 배출 구멍(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 권회 전극체(20)로부터 가스가 발생한 경우에는 가스를 효과적으로 전지 덮개(13) 측으로 배출가능한 구성으로 하고 있다.
열감 저항 소자(17)는 온도가 상승한 때에 저항값이 증대하고, 전지 덮개(13)와 권회 전극체(20)의 전기적 접속을 절단함으로써 전류를 차단하고, 과대 전류에 의한 이상 발열을 방지한다. 가스킷(18)은 예를 들어 절연 재료에 의해 구성되어 있고, 표면에는 아스팔트가 도포되어 있다.
비수 전해질 전지 내에 수용되는 권회 전극체(20)는 센터 핀(24)을 중심으로 권회되어 있다. 권회 전극체(20)는 정극(21) 및 부극(22)이 세퍼레이터(23)를 통해 순서대로 적층되어, 길이 방향으로 권회되어서 이루어진다.
정극(21)에는 정극 리드(25)가 접속되어 있고, 부극(22)에는 부극 리드(26)가 접속되어 있다. 정극 리드(25)는 상술한 바와 같이, 안전 밸브(14)에 용접되어서 전지 덮개(13)와 전기적으로 접속되어 있고, 부극 리드(26)는 전지 캔(11)에 용접되어서 전기적으로 접속되어 있다.
도 5는, 도 4에 도시한 권회 전극체(20)의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다. 이하, 정극(21), 부극(22), 세퍼레이터(23)에 대해서, 상세하게 설명한다.
(정극)
정극(21)은 예를 들어, 대향하는 한 쌍의 면을 갖는 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 설치해도 된다. 정극 집전체(21A)는, 예를 들어, 알루미늄박 등의 금속박에 의해 구성되어 있다.
정극 활물질층(21B)은, 정극 활물질로서 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있다. 정극 활물질층(21B)은, 필요에 따라, 결착제나 도전제 등의 다른 재료를 포함하고 있어도 된다.
리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료로서는, 예를 들어, 리튬 산화물, 리튬 인산화물, 리튬 황화물 또는 리튬을 포함하는 층간 화합물 등의 리튬 함유 화합물이 적당하고, 이 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, (화학식 I)로 나타낸 층상 암염형의 구조를 갖는 리튬 복합 산화물, (화학식 II)로 나타낸 올리빈형의 구조를 갖는 리튬 복합 인산염 등을 들 수 있다. 리튬 함유 화합물로서는, 전이 금속 원소로서, 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe)로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것이라면 보다 바람직하다. 이러한 리튬 함유 화합물로서는, 예를 들어, (화학식 III), (화학식 IV) 또는 (화학식 V)로 나타낸 층상 암염형의 구조를 갖는 리튬 복합 산화물, (화학식 VI)으로 나타낸 스피넬형의 구조를 갖는 리튬 복합 산화물, 또는 (화학식 VII)로 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.
Figure pct00001
(화학식 중, M1은, 니켈(Ni), 망간(Mn)을 제외한 2족 내지 15족에서 선택되는 원소 가운데 적어도 1종을 나타낸다. X는, 산소(O) 이외의 16족 원소 및 17족 원소 가운데 적어도 1종을 나타낸다. p, q, r, 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)
Figure pct00002
(화학식 중, M2는, 2족 내지 15족에서 선택되는 원소 가운데 적어도 1종을 나타낸다. a, b는, 0≤a≤2.0, 0.5≤b≤2.0의 범위 내의 값임)
Figure pct00003
(화학식 중, M3은, 코발트(Co), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타낸다. 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 값이다. 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, f의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
Figure pct00004
(화학식 중, M4는, 코발트(Co), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타낸다. 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 값이다. 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, m의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
Figure pct00005
(화학식 중, M5는, 니켈(Ni), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타낸다. 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 값이다. 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, r의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
Figure pct00006
(화학식 중, M6은, 코발트(Co), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타낸다. 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 값이다. 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, v의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
Figure pct00007
(화학식 중, M7은, 코발트(Co), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 나타낸다. z는, 0.9≤z≤1.1의 범위 내의 값이다. 또한, 리튬의 조성은 충방전의 상태에 따라 상이하고, z의 값은 완전 방전 상태에 있어서의 값을 나타내고 있음)
또한, 더 높은 전극 충전성과 사이클 특성이 얻어진다는 관점에서, 상기 리튬 함유 화합물 중 어느 하나를 포함하는 중심 입자의 표면을, 다른 리튬 함유 화합물 중 어느 하나를 포함하는 미립자로 피복한 복합 입자로 해도 된다.
이밖에, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료로서는, 예를 들어, 산화물, 이황화물, 칼코겐화물 또는 도전성 고분자 등을 들 수 있다. 산화물은, 예를 들어, 산화바나듐(V2O5), 이산화티타늄(TiO2) 또는 이산화망간(MnO2) 등이다. 이황화물은, 예를 들어, 2황화철(FeS2), 이황화티탄(TiS2) 또는 이황화몰리브덴(MoS2) 등이다. 칼코겐화물은, 특히 층상 화합물이나 스피넬형 화합물이 바람직하고, 예를 들어, 셀렌화니오븀(NbSe2) 등이다. 도전성 고분자는, 예를 들어, 황, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 또는 폴리피롤 등이다. 물론, 정극 재료는, 상기 이외의 것이어도 된다. 또한, 상기한 일련의 정극 재료는, 임의의 조합으로 2종 이상 혼합되어도 된다.
또한, 도전제로서는, 예를 들어 카본 블랙 또는 그래파이트 등의 탄소 재료 등이 사용된다. 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.
(부극)
부극(22)은 예를 들어, 대향하는 한 쌍의 면을 갖는 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 설치해도 된다. 부극 집전체(22A)는, 예를 들어, 구리박 등의 금속박에 의해 구성되어 있다.
부극 활물질층(22B)은, 부극 활물질로서, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하여 구성되어 있고, 필요에 따라 정극 활물질층(21B)과 마찬가지인 도전제 및 결착제 등의 다른 재료를 포함하여 구성되어 있어도 된다.
또한, 이 비수 전해질 전지에서는, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료의 전기 화학 당량이, 정극(21)의 전기 화학 당량보다 크게 되어 있어, 이론상, 충전의 도중에 있어서 부극(22)에 리튬 금속이 석출하지 않게 되어 있다.
리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료로서는, 예를 들어, 난흑연화성 탄소, 이흑연화성 탄소, 흑연, 열분해 탄소류, 코크스류, 유리 형상 탄소류, 유기 고분자 화합물 소성체, 탄소 섬유 또는 활성탄 등의 탄소 재료를 들 수 있다. 이 중, 코크스류에는, 피치코크스, 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. 또한, 충방전 전위가 낮은 것, 구체적으로는 충방전 전위가 리튬 금속에 가까운 것이, 전지의 고에너지 밀도화를 용이하게 실현할 수 있으므로 바람직하다.
리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료로서는, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능하고, 금속 원소 및 반금속 원소 중 적어도 1종을 구성 원소로서 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. 이 부극 재료는 금속 원소 또는 반금속 원소의 단체이어도 합금이어도 화합물이어도 되고, 또한 이들 중 1종 또는 2종 이상의 상을 적어도 일부에 갖는 것이어도 된다. 또한, 본 기술에 있어서, 합금에는 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 것 외에, 1종 이상의 금속 원소와 1종 이상의 반금속 원소를 포함하는 것도 포함한다. 또한, 비금속 원소를 포함하고 있어도 된다. 그 조직에는 고용체, 공정(공융 혼합물), 금속간 화합물 또는 그들 중의 2종 이상이 공존하는 경우가 있다.
이 부극 재료를 구성하는 금속 원소 또는 반금속 원소로서는, 예를 들어, 리튬과 합금을 형성하는 것이 가능한 금속 원소 또는 반금속 원소를 들 수 있다. 또한, 이러한 리튬과 합금을 형성하는 것이 가능한 원소를 포함하는 부극 재료를 합금계 부극 재료라고 칭한다. 리튬과 합금을 형성하는 것이 가능한 금속 원소 또는 반금속 원소로서는, 구체적으로는, 마그네슘(Mg), 붕소(B), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 인듐(In), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt)을 들 수 있다. 이들은 결정질의 것이어도 아몰퍼스의 것이어도 된다.
부극 재료로서는, 단주기형 주기율표에 있어서의 4B족의 금속 원소 또는 반금속 원소를 구성 원소로서 포함하는 것이 바람직하고, 더 바람직한 것은 규소(Si) 및 주석(Sn) 중 적어도 한쪽을 구성 원소로서 포함하는 것이며, 특히 바람직하게는 적어도 규소를 포함하는 것이다. 규소(Si) 및 주석(Sn)은 리튬을 흡장 및 방출하는 능력이 크고, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 규소 및 주석 중 적어도 1종을 갖는 부극 재료로서는, 예를 들어, 규소의 단체, 합금 또는 화합물이나, 주석의 단체, 합금 또는 화합물이나, 그들의 1종 또는 2종 이상의 상을 적어도 일부에 갖는 재료를 들 수 있다.
규소의 합금으로서는, 예를 들어, 규소 이외의 제2 구성 원소로서, 주석(Sn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 아연(Zn), 인듐(In), 은(Ag), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb) 및 크롬(Cr)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것을 들 수 있다. 주석의 합금으로서는, 예를 들어, 주석(Sn) 이외의 제2 구성 원소로서, 규소(Si), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 아연(Zn), 인듐(In), 은(Ag), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb) 및 크롬(Cr)으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것을 들 수 있다.
주석(Sn)의 화합물 또는 규소(Si)의 화합물로서는, 예를 들어, 산소(O) 또는 탄소(C)를 포함하는 것을 들 수 있고, 주석(Sn) 또는 규소(Si) 외에, 상술한 제2 구성 원소를 포함하고 있어도 된다.
그 중에서도, 이 부극 재료로서는, 코발트(Co)와, 주석(Sn)과, 탄소(C)를 구성 원소로서 포함하고, 탄소의 함유량이 9.9질량％ 이상 29.7질량％ 이하이고, 또한 주석(Sn)과 코발트(Co)와의 합계에 대한 코발트(Co)의 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 따라 또 다른 구성 원소를 포함하고 있어도 된다. 다른 구성 원소로서는, 예를 들어, 규소(Si), 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 인듐(In), 니오븀(Nb), 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 인(P), 갈륨(Ga) 또는 비스무트(Bi)가 바람직하고, 2종 이상을 포함하고 있어도 된다. 용량 또는 사이클 특성을 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 이 SnCoC 함유 재료는, 주석(Sn)과, 코발트(Co)와, 탄소(C)를 포함하는 상을 갖고 있으며, 이 상은 결정성이 낮은 또는 비정질의 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 SnCoC 함유 재료로는, 구성 원소인 탄소(C)의 적어도 일부가, 다른 구성 원소인 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있는 것이 바람직하다. 사이클 특성의 저하는 주석(Sn) 등이 응집 또는 결정화하는 것에 의한 것이라고 생각할 수 있지만, 탄소(C)가 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 원자에 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 있을 경우에는, C1s의 피크는, 284.5eV보다 낮은 영역에 나타난다. 즉, SnCoC 함유 재료에 대하여 얻어지는 C1s의 합성파의 피크가 284.5eV보다 낮은 영역에 나타날 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.
또한, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료로서는, 예를 들어, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 금속 산화물 또는 고분자 화합물 등도 들 수 있다. 금속 산화물이란, 예를 들어, 티타늄산리튬(Li4Ti5O12), 산화철, 산화루테늄 또는 산화몰리브덴 등이며, 고분자 화합물이란, 예를 들어, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린 또는 폴리피롤 등이다.
또한, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료는, 상기 이외의 것이어도 된다. 또한, 상기의 부극 재료는, 임의의 조합으로 2종 이상 혼합되어도 된다.
부극 활물질층(22B)은, 예를 들어, 기상법, 액상법, 용사법, 소성법, 또는 도포 중 어느 것에 의해 형성해도 되고, 그들의 2이상을 조합해도 된다. 부극 활물질층(22B)을 기상법, 액상법, 용사법 또는 소성법, 또는 그들의 2종 이상의 방법을 사용하여 형성하는 경우에는, 부극 활물질층(22B)과 부극 집전체(22A)가 계면의 적어도 일부에 있어서 합금화하고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 계면에 있어서 부극 집전체(22A)의 구성 원소가 부극 활물질층(22B)에 확산하고, 또는 부극 활물질층(22B)의 구성 원소가 부극 집전체(22A)에 확산하고, 또는 그들의 구성 원소가 서로 확산하고 있는 것이 바람직하다. 충방전에 수반하는 부극 활물질층(22B)의 팽창 및 수축에 의한 파괴를 억제할 수 있음과 함께, 부극 활물질층(22B)과 부극 집전체(22A)와의 사이의 전자 전도성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 기상법으로서는, 예를 들어, 물리 퇴적법 또는 화학 퇴적법, 구체적으로는 진공 증착법, 스퍼터법, 이온 플레이팅법, 레이저 어블레이션법, 열화학 기상 성장(CVD; Chemical Vapor Deposition)법 또는 플라즈마 화학 기상 성장법 등을 들 수 있다. 액상법으로서는, 전기 도금 또는 무전해 도금 등의 공지된 방법을 사용할 수 있다. 소성법이란, 예를 들어, 입자상의 부극 활물질을 결착제 등과 혼합하여 용제에 분산시킴으로써 도포한 뒤, 결착제 등의 융점보다 높은 온도에서 열처리하는 방법이다. 소성법에 대해서도 공지된 방법이 이용 가능하고, 예를 들어, 분위기 소성법, 반응 소성법 또는 핫 프레스 소성법을 들 수 있다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터(23)는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
(비수 전해액)
비수 전해액은, 전해질 염과, 이 전해질 염을 용해하는 비수 용매를 포함한다.
전해질 염은, 예를 들어, 리튬염 등의 경금속 화합물에 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있다. 이 리튬염으로서는, 예를 들어, 육불화인산리튬(LiPF6), 사불화붕산리튬(LiBF4), 과염소산리튬(LiClO4), 육불화비산리튬(LiAsF6), 테트라페닐붕산리튬(LiB(C6H5)4), 메탄술폰산리튬(LiCH3SO3), 트리플루오로메탄술폰산리튬(LiCF3SO3), 테트라클로로알루민산리튬(LiAlCl4), 육불화규산2리튬(Li2SiF6), 염화리튬(LiCl) 또는 브롬화리튬(LiBr) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 육불화인산리튬, 사불화붕산리튬, 과염소산리튬 및 육불화비산리튬으로 이루어지는 군 중 적어도 1종이 바람직하고, 육불화인산리튬이 보다 바람직하다.
비수 용매로서는, 예를 들어, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, δ-발레로락톤 또는 ε-카프로락톤 등의 락톤계 용매, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 탄산부틸렌, 탄산비닐렌, 탄산디메틸, 탄산에틸메틸 또는 탄산디에틸 등의 탄산에스테르계 용매, 1,2-디메톡시에탄, 1-에톡시-2-메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란 또는 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르계 용매, 아세토니트릴 등의 니트릴계 용매, 술포란계 용매, 인산류, 인산에스테르 용매, 또는 피롤리돈류 등의 비수 용매를 들 수 있다. 비수 용매는, 임의의 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
또한, 비수 용매로서, 환상 탄산에스테르 및 쇄상 탄산에스테르를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하고, 환상 탄산에스테르 또는 쇄상 탄산에스테르의 수소 일부 또는 모두가 불소화된 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이 불소화된 화합물로서는, 플루오로에틸렌카르보네이트(4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온: FEC) 또는 디플루오로에틸렌카르보네이트(4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온: DFEC)를 사용하는 것이 바람직하다. 부극 활물질로서 규소(Si), 주석(Sn), 게르마늄(Ge) 등의 화합물을 포함하는 부극(22)을 사용한 경우에도, 충방전 사이클 특성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 그 중에서도, 비수 용매로서 디플루오로에틸렌카르보네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 사이클 특성 개선 효과에 우수하기 때문이다.
또한, 비수 전해액은, 고분자 화합물에 유지되어서 겔 전해질로 되어도 된다. 비수 전해액을 유지하는 고분자 화합물은, 비수 용매를 흡수하여 겔화하는 것이라면 되고, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴(PVdF) 또는 비닐리덴플루오라이드(VdF)와 헥사플루오로프로필렌(HFP)을 반복 단위에 포함하는 공중합체 등의 불소계 고분자 화합물, 폴리에틸렌옥시드(PEO) 또는 폴리에틸렌옥시드(PEO)를 포함하는 가교체 등의 에테르계 고분자 화합물, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리프로필렌옥시드(PPO) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 반복 단위로서 포함하는 것 등을 들 수 있다. 고분자 화합물에는, 임의의 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
특히, 산화 환원 안정성 면에서는, 불소계 고분자 화합물이 바람직하고, 그 중에서도, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌을 성분으로서 포함하는 공중합체가 바람직하다. 또한, 이 공중합체는, 말레산모노메틸에스테르(MMM) 등의 불포화 이염기산의 모노에스테르, 3불화염화에틸렌(PCTFE) 등의 할로겐화에틸렌, 탄산비닐렌(VC) 등의 불포화 화합물의 환상 탄산에스테르, 또는 에폭시기 함유 아크릴비닐 모노머 등을 성분으로서 포함하고 있어도 된다. 더 높은 특성을 얻을 수 있기 때문이다.
(전지의 제조 방법)
(정극의 제조 방법)
정극 활물질과, 도전제와, 결착제를 혼합하여 정극합제를 제조하고, 이 정극합제를 N-메틸-2-피롤리돈 등의 용제에 분산시켜서 페이스트 상태의 정극합제 슬러리를 제작한다. 이어서, 이 정극합제 슬러리를 정극 집전체(21A)에 도포해 용제를 건조시키고, 롤 프레스기 등에 의해 압축 성형함으로써 정극 활물질층(21B)을 형성하여, 정극(21)을 제작한다.
(부극의 제조 방법)
부극 활물질과, 결착제를 혼합하여 부극합제를 제조하고, 이 부극합제를 N-메틸-2-피롤리돈 등의 용제에 분산시켜서 페이스트 상태의 부극합제 슬러리를 제작한다. 이어서, 이 부극합제 슬러리를 부극 집전체(22A)에 도포해 용제를 건조시켜, 롤 프레스기 등에 의해 압축 성형함으로써 부극 활물질층(22B)를 형성하여, 부극(22)을 제작한다.
(비수 전해액의 제조)
비수 전해액은, 비수 용매에 대하여 전해질 염을 용해시켜서 제조한다.
(전지의 조립)
정극 집전체(21A)에 정극 리드(25)를 용접 등에 의해 설치함과 동시에, 부극 집전체(22A)에 부극 리드(26)를 용접 등에 의해 설치한다. 그 후, 정극(21)과 부극(22)을 본 기술의 세퍼레이터(23)를 사이에 두고 권회해서 권회 전극체(20)로 한다.
계속해서, 정극 리드(25)의 선단부를 안전 밸브 기구에 용접함과 함께, 부극 리드(26)의 선단부를 전지 캔(11)에 용접한다. 이 후, 권회 전극체(20)의 권회면을 한 쌍의 절연판(12a, 12b)으로 끼우고, 전지 캔(11)의 내부에 수납한다. 권회 전극체(20)를 전지 캔(11)의 내부에 수납한 뒤, 비수 전해액을 전지 캔(11)의 내부에 주입하여, 세퍼레이터(23)에 함침시킨다. 그 뒤, 전지 캔(11)의 개구단부에 전지 덮개(13), 안전 밸브(14) 등을 포함하는 안전 밸브 기구 및 열감 저항 소자(17)를 가스킷(18)을 통해 코오킹함으로써 고정한다. 이에 의해, 도 4에 도시한 본 기술의 비수 전해질 전지가 형성된다.
이 비수 전해질 전지에서는, 충전을 행하면, 예를 들어, 정극 활물질층(21B)으로부터 리튬 이온이 방출되고, 세퍼레이터(23)에 함침된 비수 전해액을 통해 부극 활물질층(22B)에 흡장된다. 또한, 방전을 행하면, 예를 들어, 부극 활물질층(22B)으로부터 리튬 이온이 방출되고, 세퍼레이터(23)에 함침된 비수 전해액을 통해 정극 활물질층(21B)에 흡장된다.
3. 제3 실시 형태
(전지의 구성)
본 기술의 제3 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지에 대하여 설명한다. 도 6은, 본 기술의 제3 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지의 구성을 나타내는 사시도이다. 이 비수 전해질 전지는, 소위 각형 전지라고 불리는 것이며, 권회 전극체(40)를 각형의 외장 캔(31) 내에 수용한 것이다.
비수 전해질 전지는, 각통 형상의 외장 캔(31)과, 이 외장 캔(31) 내에 수납되는 발전 요소인 권회 전극체(40)와, 외장 캔(31)의 개구부를 폐쇄하는 전지 덮개(32)와, 전지 덮개(32)의 대략 중앙부에 설치된 전극 핀(33) 등으로 구성되어 있다.
외장 캔(31)은 예를 들어, 철(Fe) 등의 도전성을 갖는 금속에 의해, 중공의 바닥이 있는 각통체로서 형성되어 있다. 이 외장 캔(31)의 내면은, 예를 들어, 니켈 도금을 실시하거나 도전성 도료를 도포하는 등을 하고, 외장 캔(31)의 도전성을 높이는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 외장 캔(31)의 외주면은, 예를 들어, 플라스틱 시트나 종이 등에 의해 형성되는 외장 라벨로 덮이거나, 절연성 도료가 도포되어서 보호되어도 된다. 전지 덮개(32)는 외장 캔(31)과 동일하게, 예를 들어, 철(Fe) 등의 도전성을 갖는 금속에 의해 형성되어 있다.
권회 전극체(40)는 제2 실시 형태와 마찬가지의 구성이며, 정극 및 부극을 본 기술의 제1 실시 형태에 의한 세퍼레이터를 통해 적층하고, 소판형으로 가늘고 길게 권회함으로써 얻어진다. 정극, 부극, 세퍼레이터 및 비수 전해액은, 제2 실시 형태와 마찬가지이므로, 상세한 설명을 생략한다. 또한, 정극 및 부극과, 세퍼레이터와의 사이에는, 비수 전해액을 고분자 화합물에 유지시킨 겔 상태의 비수 전해질층(겔 전해질층)이 형성되어 있어도 된다.
이와 같은 구성을 갖는 권회 전극체(40)에는, 정극 집전체에 접속된 다수의 정극 단자(41)와, 부극 집전체에 접속된 다수의 부극 단자가 설치되어 있다. 모든 정극 단자(41) 및 부극 단자는, 권회 전극체(40)의 축방향 일단부에 도출되어 있다. 그리고, 정극 단자(41)는 전극 핀(33)의 하단부에 용접 등의 고착 수단에 의해 접속되어 있다. 또한, 부극 단자는 외장 캔(31)의 내면에 용접 등의 고착 수단에 의해 접속되어 있다.
전극 핀(33)은 도전성의 축 부재를 포함하고, 그 헤드부를 상단부에 돌출시킨 상태에서 절연체(34)에 의해 유지되어 있다. 이 절연체(34)를 통해 전극 핀(33)이 전지 덮개(32)의 대략 중앙부에 고정되어 있다. 절연체(34)는 절연성이 높은 재료로 형성되어 있어서, 전지 덮개(32)의 표면측에 설치한 관통 구멍(35)에 끼워 맞추어져 있다. 또한, 관통 구멍(35)에는 전극 핀(33)이 관통되고, 그 하단부면에 정극 단자(41)의 선단부가 고정되어 있다.
이러한 전극 핀(33) 등이 설치된 전지 덮개(32)가 외장 캔(31)의 개구부에 감합되어 있고, 외장 캔(31)과 전지 덮개(32)와의 접촉면이 용접 등의 고착 수단으로 접합되어 있다. 이에 의해, 외장 캔(31)의 개구부가 전지 덮개(32)에 의해 밀봉되어, 기밀 및 액밀하게 구성되어 있다. 이 전지 덮개(32)에는, 외장 캔(31) 내의 압력이 소정값 이상으로 상승했을 때에 당해 전지 덮개(32)의 일부를 파단하게 하여 내부 압력을 외부로 빼내는(방출시키는) 내압 개방 기구(36)가 설치되어 있다.
내압 개방 기구(36)는 전지 덮개(32)의 내면에 있어서 길이 방향으로 직선적으로 연장된 2개의 제1 개구 홈(36a)(1개의 제1 개구 홈(36a)은 도시하지 않음)과, 동일하게 전지 덮개(32)의 내면에 있어서 길이 방향과 직교하는 폭 방향으로 연장되어서 양단이 2개의 제1 개구 홈(36a)에 연통되는 제2 개구 홈(36b)으로 구성되어 있다. 2개의 제1 개구 홈(36a)은 전지 덮개(32)의 폭 방향에 대향하도록 위치하는 긴 변측 2변의 내측 근방에 있어서 전지 덮개(32)의 긴 변측 외측 테두리를 따르도록 서로 평행하게 설치되어 있다. 또한, 제2 개구 홈(36b)은 전극 핀(33)의 길이 방향 일측에 있어서 한쪽의 짧은 변측 외측 테두리와 전극 핀(33)과의 대략 중앙부에 위치하도록 설치되어 있다.
제1 개구 홈(36a) 및 제2 개구 홈(36b)은 예를 들어 모두 단면 형상이 하면측으로 개구한 V자 형상으로 되어 있다. 또한, 제1 개구 홈(36a) 및 제2 개구 홈(36b)의 형상은, 이 실시 형태에 나타내는 V자형에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 개구 홈(36a) 및 제2 개구 홈(36b)의 형상을 U자형이나 반원형으로 할 수도 있다.
전해액 주입구(37)는 전지 덮개(32)를 관통하게 설치되어 있다. 전해액 주입구(37)는 전지 덮개(32)와 외장 캔(31)을 코오킹한 후, 비수 전해액을 주액하기 위하여 사용하는 것이며, 비수 전해액 주액 후는 밀봉 부재(38)에 의해 밀봉된다. 이로 인해, 미리 정극 및 부극과, 세퍼레이터와의 사이에 겔 전해질을 형성하여 권회 전극체를 제작하는 경우에는, 전해액 주입구(37) 및 밀봉 부재(38)는 설치하지 않아도 된다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성이다.
(비수 전해액)
비수 전해액은, 제2 실시 형태에 기재된 것을 사용할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태에서 기재한 것 같은, 비수 전해액을 고분자 화합물에 유지시킨 겔 전해질을 사용해도 된다.
(전지의 제조 방법)
이 비수 전해질 전지는, 예를 들어, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
(정극 및 부극의 제조 방법)
정극 및 부극은, 제2 실시 형태와 마찬가지의 방법에 의해 제작할 수 있다.
(전지의 조립)
제2 실시 형태와 마찬가지로 하여, 정극과 부극과, 본 기술의 세퍼레이터와 순서대로 적층 및 권회하고, 소판형으로 가늘고 길게 권회된 권회 전극체(40)를 제작한다. 계속해서, 권회 전극체(40)를 예를 들어 알루미늄(Al), 철(Fe) 등의 금속으로 되는 각형 캔인 외장 캔(31) 내에 수용한다.
그리고, 전지 덮개(32)에 설치된 전극 핀(33)과, 권회 전극체(40)로부터 도출된 정극 단자(41)를 접속한 후, 전지 덮개(32)로 밀봉하고, 예를 들어 감압 하에서 전해액 주입구(37)로부터 비수 전해액을 주입하여 밀봉 부재(38)로 밀봉한다. 이상에 의해, 이 비수 전해질 전지를 얻을 수 있다.
4. 제4 실시 형태
(전지의 구성)
본 기술의 제4 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지에 대하여 설명한다. 제4 실시 형태는, 제1 실시 형태에 의한 세퍼레이터를 사용한 라미네이트 필름형 비수 전해질 전지이다.
도 7은, 본 기술의 제4 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지의 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 이 비수 전해질 전지는, 소위 라미네이트 필름형이라고 불리는 것이며, 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)가 설치된 권회 전극체(50)를 필름 형상의 외장 부재(60)의 내부에 수용한 것이다.
정극 리드(51) 및 부극 리드(52)는 각각, 외장 부재(60)의 내부에서 외부를 향해 예를 들어 동일한 방향으로 도출되어 있다. 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)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(60)는 예를 들어, 금속층의 양면이 수지층이 형성된 라미네이트 필름으로 된다. 라미네이트 필름은, 금속층 가운데 전지 외측에 노출되는 면에 외측 수지층이 형성되고, 권회 전극체(50) 등의 발전 요소에 대향하는 전지 내측면에 내측 수지층이 형성된다.
금속층은, 수분, 산소, 광의 진입을 방지하여 내용물을 지키는 가장 중요한 역할을 담당하고 있고, 경량성, 신장성, 가격, 가공의 용이성 때문에 알루미늄(Al)이 가장 많이 사용된다. 외측 수지층은, 외관의 미려함이나 강인함, 유연성 등을 갖고, 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지 재료가 사용된다. 내측 수지층은, 열이나 초음파에 의해 녹아, 서로 융착하는 부분이기 때문에, 폴리올레핀 수지가 적절하고, 비연신 폴리프로필렌(CPP)이 많이 사용된다. 금속층과 외측 수지층 및 내측 수지층과의 사이에는, 필요에 따라 접착제 층을 형성해도 된다.
외장 부재(60)는 예를 들어 딥 드로잉에 의해 내측 수지층 측에서 외측 수지층의 방향을 향하여 형성된, 권회 전극체(50)를 수용하는 오목부가 설치되어 있고, 내측 수지층이 권회 전극체(50)와 대향하도록 배치되어 있다. 외장 부재(60)가 대향하는 내측 수지층끼리는, 오목부의 외측 테두리부에 있어서 융착 등에 의해 서로 밀착되어 있다. 외장 부재(60)와 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)와의 사이에는, 외장 부재(60)의 내측 수지층과, 금속재료를 포함하는 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)와의 접착성을 향상시키기 위한 밀착 필름(61)이 배치되어 있다. 밀착 필름(61)은 금속 재료와의 접착성이 높은 수지 재료를 포함하고, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이나, 이들 재료가 변성된 변성 폴리에틸렌 또는 변성 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지에 의해 구성되어 있다.
또한, 외장 부재(60)는 금속층이 알루미늄(Al)을 포함하는 알루미늄 적층 필름 대신에, 다른 구조를 갖는 라미네이트 필름, 폴리프로필렌 등의 고분자 필름 또는 금속 필름에 의해 구성하도록 해도 된다.
도 8은, 도 7에 나타낸 권회 전극체(50)의 I-I선을 따른 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 권회 전극체(50)는 정극(53)과 부극(54)을 세퍼레이터(58) 및 겔 전해질(56)을 통해 적층하여, 권회한 것이며, 최외주부는 필요에 따라서 보호 테이프(57)에 의해 보호되어 있다.
(정극)
정극(53)은 정극 집전체(53A)의 편면 또는 양면에 정극 활물질층(53B)이 설치된 구조를 갖고 있다. 정극 집전체(53A), 정극 활물질층(53B)의 구성은, 상술한 제3 실시 형태의 정극 집전체(21A) 및 정극 활물질층(21B)과 마찬가지이다.
(부극)
부극(54)은 부극 집전체(54A)의 편면 또는 양면에 부극 활물질층(54B)이 설치된 구조를 갖고 있으며, 부극 활물질층(54B)과 정극 활물질층(53B)이 대향하도록 배치되어 있다. 부극 집전체(54A), 부극 활물질층(54B)의 구성은, 상술한 제2 실시 형태의 부극 집전체(22A) 및 부극 활물질층(22B)과 마찬가지이다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터(58)는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
(비수 전해질)
겔 전해질(56)은 비수 전해질이며, 비수 전해액과 비수 전해액을 유지하는 유지체가 되는 고분자 화합물을 포함하고, 소위 겔 상태가 되어 있다. 겔 상태의 전해질은 높은 이온 전도율을 얻을 수 있음과 함께, 전지의 누액을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 제4 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지에서는, 겔 전해질(56) 대신 제2 실시 형태와 마찬가지인 비수 전해액을 사용해도 된다.
(전지의 제조 방법)
이 비수 전해질 전지는, 예를 들어, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
(정극 및 부극의 제조 방법)
정극(53) 및 부극(54)은 제2 실시 형태와 마찬가지의 방법에 의해 제작할 수 있다.
(전지의 조립)
정극(53) 및 부극(54)의 각각의 양면에, 비수 전해액과, 고분자 화합물과, 혼합 용제를 포함하는 전구 용액을 도포하고, 혼합 용제를 휘발시켜서 겔 전해질(56)을 형성한다. 그 뒤, 정극 집전체(53A)의 단부에 정극 리드(51)를 용접에 의해 설치함과 동시에, 부극 집전체(54A)의 단부에 부극 리드(52)를 용접에 의해 설치한다.
이어서, 겔 전해질(56)이 형성된 정극(53)과 부극(54)을 세퍼레이터(58)를 통해 적층하여 적층체로 한 뒤, 이 적층체를 그 길이 방향으로 권회하고, 최외주부에 보호 테이프(57)를 접착하여 권회 전극체(50)를 형성한다. 마지막으로, 예를 들어, 외장 부재(60)의 사이에 권회 전극체(50)를 끼워 넣고, 외장 부재(60)의 외측 테두리부끼리를 열 융착 등에 의해 밀착시켜서 봉입한다. 그때, 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)와 외장 부재(60)와의 사이에는 밀착 필름(61)을 삽입한다. 이에 의해, 도 7 및 도 8에 나타낸 비수 전해질 전지가 완성된다.
또한, 이 비수 전해질 전지는, 다음과 같이 하여 제작해도 된다. 먼저, 상술한 바와 같이 하여 정극(53) 및 부극(54)을 제작하고, 정극(53) 및 부극(54)에 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)를 설치한 뒤, 정극(53)과 부극(54)을 세퍼레이터(58)를 통해 적층하여 권회하고, 최외주부에 보호 테이프(57)를 접착하여, 권회 전극체(50)를 형성한다. 이어서, 이 권회 전극체(50)를 외장 부재(60)에 끼우고, 1변을 제외한 외주연부를 열 융착하여 주머니 형상으로 하고, 외장 부재(60)의 내부에 수납한다. 계속해서, 비수 전해액과 함께, 고분자 화합물의 원료인 단량체와, 중합 개시제와, 필요에 따라 중합 금지제 등의 다른 재료를 포함하는 전해질용 조성물을 준비하여, 외장 부재(60)의 내부에 주입한다.
전해질용 조성물을 주입한 뒤, 외장 부재(60)의 개구부를 진공 분위기 하에서 열 융착하여 밀봉한다. 이어서, 열을 첨가하여 단량체를 중합시켜서 고분자 화합물로 함으로써 겔 상태의 겔 전해질(56)을 형성하여, 도 7 및 도 8에 나타낸 비수 전해질 전지를 조립한다.
또한, 비수 전해질 전지에 있어서 겔 전해질(56) 대신 비수 전해액을 사용하는 경우에는, 정극(53)과 부극(54)을 세퍼레이터(58)를 통해 적층하여 권회하고, 최외주부에 보호 테이프(57)를 접착하여, 권회 전극체(50)를 형성한다. 이어서, 이 권회 전극체(50)를 외장 부재(60)에 끼우고, 1변을 제외한 외주연부를 열 융착하여 주머니 형상으로 하고, 외장 부재(60)의 내부에 수납한다. 계속해서, 비수 전해액을 외장 부재(60)의 내부에 주입하고, 외장 부재(60)의 개구부를 진공 분위기 하에서 열 융착하여 밀봉함으로써, 비수 전해질 전지를 조립한다.
(라미네이트 필름형 비수 전해질 전지의 다른 예)
본 기술의 제4 실시 형태에서는, 권회 전극체(50)가 외장 부재(60)로 외장 된 비수 전해질 전지에 대하여 설명했지만, 도 9의 A 내지 도 9의 C에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(50) 대신 적층 전극체(70)를 사용해도 된다. 도 9의 A는, 적층 전극체(70)를 수용한 비수 전해질 전지의 외관도이다. 도 9의 B는, 외장 부재(60)에 적층 전극체(70)가 수용되는 모습을 도시하는 분해 사시도이다. 도 9의 C는, 도 9의 A에 나타내는 비수 전해질 전지의 저면 측으로부터의 외관을 나타내는 외관도이다.
적층 전극체(70)는 직사각 형상의 정극(73) 및 부극(74)을 세퍼레이터(75)를 통해 적층하고, 고정 부재(76)로 고정한 적층 전극체(70)를 사용한다. 적층 전극체(70)로부터는, 정극(73)과 접속된 정극 리드(71) 및 부극(74)과 접속된 부극 리드(72)가 도출되어 있고, 정극 리드(71) 및 부극 리드(72)와 외장 부재(60)와의 사이에는 밀착 필름(61)이 설치된다. 세퍼레이터(75)는 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 세퍼레이터(75)에는, 비수 전해액이 함침된다. 또한, 정극(73) 및 부극(74)의 표면에는, 예를 들어 겔 전해질층이 형성되어 있어도 된다.
또한, 겔 전해질의 형성 방법 또는 비수 전해액의 주액 방법, 및 외장 부재(60)의 열 융착 방법은, 상술한 방법을 사용할 수 있다.
5. 제5 실시 형태
(전지 팩의 예)
도 10은, 본 기술의 제2 내지 제4 실시 형태에 의한 비수 전해질 전지(이하, 이차 전지라고 적절히 칭함)를 전지 팩에 적용한 경우의 회로 구성예를 도시하는 블록도이다. 전지 팩은, 조전지(301), 외장, 충전 제어 스위치(302a)와, 방전 제어 스위치(303a)를 구비하는 스위치부(304), 전류 검출 저항(307), 온도 검출 소자(308), 제어부(310)를 구비하고 있다.
또한, 전지 팩은, 정극 단자(321) 및 부극 단자(322)를 구비하고, 충전 시에는 정극 단자(321) 및 부극 단자(322)가 각각 충전기의 정극 단자, 부극 단자에 접속되어, 충전이 행하여진다. 또한, 전자 기기 사용 시에는, 정극 단자(321) 및 부극 단자(322)가 각각 전자 기기의 정극 단자, 부극 단자에 접속되어, 방전이 행하여진다.
조전지(301)는 복수의 이차 전지(301a)를 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 된다. 이 이차 전지(301a)는 본 기술의 이차 전지이다. 또한, 도 10에서는, 6개의 이차 전지(301a)가 2병렬 3직렬(2P3S)로 접속되었을 경우가 예로서 나타나 있지만, 기타, n병렬 m직렬(n, m은 정수)과 같이, 어떤 접속 방법이어도 된다.
스위치부(304)는 충전 제어 스위치(302a) 및 다이오드(302b), 및 방전 제어 스위치(303a) 및 다이오드(303b)를 구비하고, 제어부(310)에 의해 제어된다. 다이오드(302b)는 정극 단자(321)로부터 조전지(301)의 방향으로 흐르는 충전 전류에 대하여 역방향으로, 부극 단자(322)로부터 조전지(301)의 방향으로 흐르는 방전 전류에 대하여 순방향의 극성을 갖는다. 다이오드(303b)는 충전 전류에 대하여 순방향으로, 방전 전류에 대하여 역방향의 극성을 갖는다. 또한, 예에서는 +측에 스위치부(304)를 설치하고 있지만, -측에 설치해도 된다.
충전 제어 스위치(302a)는 전지 전압이 과충전 검출 전압이 되었을 경우에 OFF 되어서, 조전지(301)의 전류 경로에 충전 전류가 흐르지 않도록 충방전 제어부에 의해 제어된다. 충전 제어 스위치(302a)의 OFF 후는 다이오드(302b)를 개재함으로써 방전만이 가능하게 된다. 또한, 충전 시에 대전류가 흘렀을 경우에 OFF 되어서, 조전지(301)의 전류 경로에 흐르는 충전 전류를 차단하도록, 제어부(310)에 의해 제어된다.
방전 제어 스위치(303a)는 전지 전압이 과방전 검출 전압이 되었을 경우에 OFF 되어서, 조전지(301)의 전류 경로에 방전 전류가 흐르지 않도록 제어부(310)에 의해 제어된다. 방전 제어 스위치(303a)의 OFF 후는 다이오드(303b)를 개재함으로써 충전만이 가능해진다. 또한, 방전 시에 대전류가 흘렀을 경우에 OFF 되어서, 조전지(301)의 전류 경로에 흐르는 방전 전류를 차단하도록, 제어부(310)에 의해 제어된다.
온도 검출 소자(308)는 예를 들어 서미스터이며, 조전지(301)의 근방에 설치되고, 조전지(301)의 온도를 측정하여 측정 온도를 제어부(310)에 공급한다. 전압 검출부(311)는 조전지(301) 및 그것을 구성하는 각 이차 전지(301a)의 전압을 측정하고, 이 측정 전압을 A/D 변환하여, 제어부(310)에 공급한다. 전류 측정부(313)는 전류 검출 저항(307)을 사용하여 전류를 측정하고, 이 측정 전류를 제어부(310)에 공급한다.
스위치 제어부(314)는 전압 검출부(311) 및 전류 측정부(313)로부터 입력된 전압 및 전류를 기초로, 스위치부(304)의 충전 제어 스위치(302a) 및 방전 제어 스위치(303a)를 제어한다. 스위치 제어부(314)는 이차 전지(301a)의 어느 하나의 전압이 과충전 검출 전압 또는 과방전 검출 전압 이하로 되었을 때, 또한, 대전류가 급격하게 흘렀을 때, 스위치부(304)에 제어 신호를 보냄으로써, 과충전 및 과방전, 과전류 충방전을 방지한다.
여기서, 예를 들어, 이차 전지가 리튬 이온 이차 전지인 경우, 과충전 검출 전압이 예를 들어 4.20V±0.05V로 정해지고, 과방전 검출 전압이 예를 들어 2.4V±0.1V로 정해진다.
충방전 스위치는, 예를 들어 MOSFET 등의 반도체 스위치를 사용할 수 있다. 이 경우 MOSFET의 기생 다이오드가 다이오드(302b 및 303b)로서 기능한다. 충방전 스위치로서, P채널형 FET를 사용한 경우에는, 스위치 제어부(314)는 충전 제어 스위치(302a) 및 방전 제어 스위치(303a)의 각각의 게이트에 대하여 제어 신호(DO 및 CO)를 각각 공급한다. 충전 제어 스위치(302a) 및 방전 제어 스위치(303a)는 P채널형일 경우, 소스 전위보다 소정값 이상 낮은 게이트 전위에 의해 ON 한다. 즉, 통상의 충전 및 방전 동작에서는, 제어 신호(CO 및 DO)를 로우 레벨로 하고, 충전 제어 스위치(302a) 및 방전 제어 스위치(303a)를 ON 상태로 한다.
그리고, 예를 들어 과충전 또는 과방전 시에는, 제어 신호(CO 및 DO)를 하이레벨로 하고, 충전 제어 스위치(302a) 및 방전 제어 스위치(303a)를 OFF 상태로 한다.
메모리(317)는 RAM이나 ROM을 포함하여 예를 들어 불휘발성 메모리인 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory) 등을 포함한다. 메모리(317)에서는, 제어부(310)에서 연산된 수치나, 제조 공정의 단계에서 측정된 각 이차 전지(301a)의 초기 상태에 있어서의 전지의 내부 저항값 등이 미리 기억되고, 또한 적시, 재기입도 가능하다. 또한, 이차 전지(301a)의 만충전 용량을 기억시켜 둠으로써, 제어부(310)와 함께 예를 들어 잔류 용량을 산출할 수 있다.
온도 검출부(318)에서는, 온도 검출 소자(308)를 사용하여 온도를 측정하고, 이상 발열 시에 충방전 제어를 행하거나, 잔류 용량의 산출에 있어서의 보정을 행한다.
6. 제6 실시 형태
상술한 본 기술의 제2 내지 제4 실시 형태에 의한 전지 및 이것을 사용한 제5 실시 형태에 의한 전지 팩은, 예를 들어 전자 기기나 전동 차량, 축전 장치 등의 기기에 탑재 또는 전력을 공급하기 위하여 사용할 수 있다.
전자 기기로서, 예를 들어 노트북 컴퓨터, PDA(휴대 정보 단말기), 휴대 전화, 무선 전화기 별체, 비디오 무비, 디지털 스틸 카메라, 전자 서적, 전자 사전, 음악 플레이어, 라디오, 헤드폰, 게임기, 네비게이션 시스템, 메모리 카드, 페이스메이커, 보청기, 전동 공구, 전기 면도기, 냉장고, 에어컨, 텔레비전, 스테레오, 온수기, 전자 레인지, 식기 세척기, 세탁기, 건조기, 조명 기기, 완구, 의료 기기, 로봇, 로드 컨디셔너, 신호기 등을 들 수 있다.
또한, 전동 차량으로서는 철도 차량, 골프 카트, 전동 카트, 전기 자동차(하이브리드 자동차를 포함함) 등을 들 수 있고, 이 구동용 전원 또는 보조용 전원으로서 사용된다.
축전 장치로서는, 주택을 비롯한 건축물용 또는 발전 설비용의 전력 저장용 전원 등을 들 수 있다.
이하에서는, 상술한 적용예 중, 상술한 본 기술의 비수 전해질 전지를 적용한 축전 장치를 사용한 축전 시스템의 구체예를 설명한다.
이 축전 시스템은, 예를 들어 하기와 같은 구성을 들 수 있다. 제1 축전 시스템은, 재생 가능 에너지로부터 발전을 행하는 발전 장치에 의해 축전 장치가 충전되는 축전 시스템이다. 제2 축전 시스템은, 축전 장치를 갖고, 축전 장치에 접속되는 전자 기기에 전력을 공급하는 축전 시스템이다. 제3 축전 시스템은, 축전 장치로부터, 전력의 공급을 받는 전자 기기이다. 이 축전 시스템은, 외부의 전력 공급망과 협동하여 전력의 효율적인 공급을 도모하는 시스템으로서 실시된다.
또한, 제4 축전 시스템은, 축전 장치로부터 전력의 공급을 받아서 차량의 구동력으로 변환하는 변환 장치와, 축전 장치에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 제어 장치를 갖는 전동 차량이다. 제5 축전 시스템은, 다른 기기와 네트워크를 통하여 신호를 송수신하는 전력 정보 송수신부를 구비하고, 송수신부가 수신한 정보에 기초하여, 상술한 축전 장치의 충방전 제어를 행하는 전력 시스템이다. 제6 축전 시스템은, 상술한 축전 장치로부터, 전력의 공급을 받고, 또는 발전 장치 또는 전력망으로부터 축전 장치에 전력을 공급하는 전력 시스템이다. 이하, 축전 시스템에 대하여 설명한다.
(6-1) 응용예로서의 주택에 있어서의 축전 시스템
본 기술의 전지를 사용한 축전 장치를 주택용의 축전 시스템에 적용한 예에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다. 예를 들어 주택(401)용의 축전 시스템(400)에 있어서는, 화력 발전(402a), 원자력 발전(402b), 수력 발전(402c) 등의 집중형 전력 계통(402)으로부터 전력망(409), 정보망(412), 스마트 미터(407), 파워 허브(408) 등을 개재하여, 전력이 축전 장치(403)에 공급된다. 이것과 함께, 가정내의 발전 장치(404) 등의 독립 전원으로부터 전력이 축전 장치(403)에 공급된다. 축전 장치(403)에 공급된 전력이 축전된다. 축전 장치(403)를 사용하여, 주택(401)에 사용하는 전력이 급전된다. 주택(401)에 한하지 않고 빌딩에 대해서도 마찬가지인 축전 시스템을 사용할 수 있다.
주택(401)에는, 발전 장치(404), 전력 소비 장치(405), 축전 장치(403), 각 장치를 제어하는 제어 장치(410), 스마트 미터(407), 각종 정보를 취득하는 센서(411)가 설치되어 있다. 각 장치는, 전력망(409) 및 정보망(412)에 의해 접속되고 있다. 발전 장치(404)로서, 태양 전지, 연료 전지 등이 이용되고, 발전한 전력이 전력 소비 장치(405) 및/또는 축전 장치(403)에 공급된다. 전력 소비 장치(405)는 냉장고(405a), 공조 장치(405b), 텔레비전 수신기(405c), 목욕탕(405d) 등이다. 또한, 전력 소비 장치(405)에는, 전동 차량(406)이 포함된다. 전동 차량(406)은 전기 자동차(406a), 하이브리드카(406b), 전기 바이크(406c)이다.
축전 장치(403)에 대하여 본 기술의 전지가 적용된다. 본 기술의 전지는, 예를 들어 상술한 리튬 이온 이차 전지에 의해 구성되어 있어도 된다. 스마트 미터(407)는 상용 전력의 사용량을 측정하고, 측정된 사용량을, 전력 회사에 송신하는 기능을 구비하고 있다. 전력망(409)은 직류 급전, 교류 급전, 비접촉 급전 중 어느 하나 또는 복수를 조합해도 된다.
각종 센서(411)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(411)에 의해 취득된 정보는, 제어 장치(410)에 송신된다. 센서(411)로부터의 정보에 의해, 기상의 상태, 사람의 상태 등이 파악되어서 전력 소비 장치(405)를 자동으로 제어하여 에너지 소비를 최소로 할 수 있다. 또한, 제어 장치(410)는 주택(401)에 관한 정보를 인터넷을 통해 외부의 전력 회사 등에 송신할 수 있다.
파워 허브(408)에 의해, 전력선의 분기, 직류 교류 변환 등의 처리가 이루어진다. 제어 장치(410)와 접속되는 정보망(412)의 통신 방식으로서는, UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver: 비동기 시리얼 통신용 송수신 회로) 등의 통신 인터페이스를 사용하는 방법, Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi 등의 무선 통신 규격에 의한 센서 네트워크를 이용하는 방법이 있다. Bluetooth 방식은, 멀티미디어 통신에 적용되어, 일 대 다수 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(410)는 외부의 서버(413)와 접속되어 있다. 이 서버(413)는 주택(401), 전력 회사, 서비스 프로바이더 중 어느 하나에 의해 관리되어도 된다. 서버(413)가 송수신하는 정보는, 예를 들어, 소비 전력 정보, 생활 패턴 정보, 전력 요금, 날씨 정보, 천재 정보, 전력 거래에 관한 정보이다. 이들 정보는, 가정내의 전력 소비 장치(예를 들어 텔레비전 수신기)로부터 송수신해도 되지만, 가정외의 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(410)는 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등으로 구성되고, 이 예에서는, 축전 장치(403)에 저장되어 있다. 제어 장치(410)는 축전 장치(403), 가정내의 발전 장치(404), 전력 소비 장치(405), 각종 센서(411), 서버(413)와 정보망(412)에 의해 접속되고, 예를 들어, 상용 전력의 사용량과, 발전량을 조정하는 기능을 갖고 있다. 또한, 그밖에도, 전력 시장에서 전력 거래를 행하는 기능 등을 구비하고 있어도 된다.
이상과 같이, 전력이 화력 발전(402a), 원자력 발전(402b), 수력 발전(402c) 등의 집중형 전력 계통(402) 뿐만 아니라, 가정내의 발전 장치(404)(태양광 발전, 풍력 발전)의 발전 전력을 축전 장치(403)에 축적할 수 있다. 따라서, 가정내의 발전 장치(404)의 발전 전력이 변동해도, 외부에 송출하는 전력량을 일정하게 하거나, 또는, 필요한 만큼 방전하는 제어를 행할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전으로 얻어진 전력을 축전 장치(403)에 축적함과 동시에, 야간은 요금이 싼 심야전력을 축전 장치(403)에 축적하고, 낮에는 요금이 비싼 시간대에 축전 장치(403)에 의해 축전한 전력을 방전하여 이용하는 사용 방법도 가능하다.
또한, 이 예에서는, 제어 장치(410)가 축전 장치(403) 내에 저장되는 예를 설명했지만, 스마트 미터(407) 내에 저장되어도 되고, 단독으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 축전 시스템(400)은 집합 주택에 있어서의 복수의 가정을 대상으로 하여 사용되어도 되고, 복수의 단독 주택을 대상으로 하여 사용되어도 된다.
(6-2) 응용예로서의 차량에 있어서의 축전 시스템
본 기술을 차량용의 축전 시스템에 적용한 예에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다. 도 12에, 본 기술이 적용되는 시리즈 하이브리드 시스템을 채용하는 하이브리드 차량의 구성 일례를 개략적으로 나타낸다. 시리즈 하이브리드 시스템은 엔진으로 움직이는 발전기에서 발전된 전력, 또는 그것을 배터리에 일단 모아 둔 전력을 사용하여, 전력 구동력 변환 장치로 주행하는 차이다.
이 하이브리드 차량(500)에는, 엔진(501), 발전기(502), 전력 구동력 변환 장치(503), 구동륜(504a), 구동륜(504b), 차륜(505a), 차륜(505b), 배터리(508), 차량 제어 장치(509), 각종 센서(510), 충전구(511)가 탑재되어 있다. 배터리(508)에 대하여 상술한 본 기술의 비수 전해질 전지가 적용된다.
하이브리드 차량(500)은 전력 구동력 변환 장치(503)를 동력원으로 하여 주행한다. 전력 구동력 변환 장치(503)의 일례는, 모터이다. 배터리(508)의 전력에 의해 전력 구동력 변환 장치(503)가 작동하고, 이 전력 구동력 변환 장치(503)의 회전력이 구동륜(504a, 504b)에 전달된다. 또한, 필요한 개소에 직류-교류(DC-AC) 또는 역변환(AC-DC 변환)을 사용함으로써, 전력 구동력 변환 장치(503)가 교류 모터이어도 직류 모터이어도 적용 가능하다. 각종 센서(510)는 차량 제어 장치(509)를 통해 엔진 회전수를 제어하거나, 도시하지 않은 스로틀 밸브의 개방도(스로틀 개방도)를 제어하거나 한다. 각종 센서(510)에는, 속도 센서, 가속도 센서, 엔진 회전수 센서 등이 포함된다.
엔진(501)의 회전력은 발전기(502)에 전달되고, 그 회전력에 의해 발전기(502)에 의해 생성된 전력을 배터리(508)에 축적하는 것이 가능하다.
도시하지 않은 제동 기구에 의해 하이브리드 차량(500)이 감속하면, 그 감속시의 저항력이 전력 구동력 변환 장치(503)에 회전력으로서 더해져서, 이 회전력에 의해 전력 구동력 변환 장치(503)에 의해 생성된 회생 전력이 배터리(508)에 축적된다.
배터리(508)는 하이브리드 차량(500)의 외부 전원에 접속됨으로써, 그 외부 전원으로부터 충전구(511)를 입력구로 해서 전력 공급을 받고, 받은 전력을 축적하는 것도 가능하다.
도시하지 않지만, 이차 전지에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 정보 처리 장치를 구비하고 있어도 된다. 이러한 정보 처리 장치로서는, 예를 들어, 전지의 잔량에 관한 정보에 기초하여, 전지 잔량 표시를 행하는 정보 처리 장치 등이 있다.
또한, 이상은, 엔진으로 움직이는 발전기에서 발전된 전력, 또는 그것을 배터리에 일단 모아 둔 전력을 사용하여, 모터로 주행하는 시리즈 하이브리드 차를 예로서 설명하였다. 그러나, 엔진과 모터의 출력이 모두 구동원으로서, 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 상세하게 설명한다. 또한, 본 기술의 구성은 다음의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1-1>
(세퍼레이터의 제작)
(수지 용액의 제조)
먼저, 무기 입자인 평균 입자 직경 0.5㎛의 알루미나 입자와, 평균 입자 직경(10㎛의 붕괴성 입자 H122(AGC 에스아이테크 가부시끼가이샤 제조 실리카 2차 입자)와, 수지 재료인 폴리불화비닐리덴을 혼합하고, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜서 수지 용액을 제조하였다. 또한, 수지 용액의 제조 시, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H122와의 체적 비율(알루미나:H122)은 80:20으로 조정하고, 입자(알루미나 입자 및 붕괴성 입자 H122)와 폴리불화비닐리덴과의 체적 비율(입자:폴리불화비닐리덴)은 80:20으로 조정하였다. 입자의 체적 비율은, 각각의 재료의 진 비중으로 계산했지만, 붕괴성 입자에 대해서는 세공 용적과 재료의 진 비중으로부터 산출한, 입자 그 자체의 비중으로부터 계산하였다. 또한, 붕괴성 입자 H122의 경우, 세공 용적이 1.63ml/g이기 때문에, 입자 그 자체의 비중은 0.48g/ml이다.
(표면층의 형성)
기재로서 두께 12㎛의 폴리에틸렌(PE) 다공질막을 사용하였다. 이 기재의 한쪽 표면(편면)에, 상기 수지 용액을, 제2 영역의 막 두께가 3.0㎛로 되도록 도포량을 조절하여 도포하고, 물를 포함하는 응고액에 침지 후, 건조시킴으로써 다공질의 표면층을 형성하였다. 또한, 표면층에는, 제1 입자(붕괴성 입자 H122)로 구성된 제1 영역과, 제2 입자(알루미나 입자) 및 수지 재료(폴리불화비닐리덴)를 포함하는 제2 영역이 형성되어 있었다. 표면층에서는, 제1 영역이 제2 영역에 점재하고 있었다. 이상에 의해, 실시예 1-1의 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-2>
평균 입자 직경 10㎛의 붕괴성 입자 H122(AGCS.I.Tech 가부시끼가이샤 제조 실리카 2차 입자) 대신에 평균 입자 직경 8㎛의 붕괴성 입자 H52(AGC 에스아이테크 가부시끼가이샤 제조 실리카 2차 입자)를 사용한 점 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여 세퍼레이터를 제작하였다. 또한, 붕괴성 입자 H52의 입자 그 자체의 비중은, 0.45g/ml이다.
<실시예 1-3>
평균 입자 직경 10㎛의 붕괴성 입자 H122(AGC 에스아이테크 가부시끼가이샤 제조 실리카 2차 입자) 대신에 평균 입자 직경 5㎛의 붕괴성 입자 H33(AGC 에스아이테크 가부시끼가이샤 제조 실리카 2차 입자)을 사용한 점 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여 세퍼레이터를 제작하였다. 또한, 붕괴성 입자 H33의 입자 그 자체의 비중은, 0.48g/ml이다.
<실시예 1-4>
기재의 양쪽 표면(양면)에, 수지 용액을 도포하고, 기재의 양면에 표면층을 형성한 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다. 또한, 수지 용액의 편면당의 도포량은, 실시예 1-3과 마찬가지로 하였다.
<실시예 1-5>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 70:30으로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-6>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 60:40으로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-7>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 50:50으로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-8>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 40:60으로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-9>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 30:70으로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-10>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 20:80으로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-11>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 10:90으로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 1-12>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자와 붕괴성 입자 H33과의 체적 비율(알루미나 입자:붕괴성 입자 H33)을 5:95로 바꾼 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 1-1>
표면층을 형성하지 않고, 기재(두께 12㎛의 폴리에틸렌(PE) 다공질막)를 비교예 1-1의 세퍼레이터로 하였다.
<비교예 1-2>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자를 사용하지 않고, 붕괴성 입자 H122만을 사용한 점 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 1-3>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자를 사용하지 않고, 붕괴성 입자 H52만을 사용한 점 이외는, 실시예 1-2와 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 1-4>
수지 용액의 제조 시에, 알루미나 입자를 사용하지 않고, 붕괴성 입자 H33만을 사용한 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 1-5>
기재의 양쪽 면에, 수지 용액을 도포한 점 이외는, 비교예 1-4와 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다. 또한, 수지 용액의 편면당의 도포량은, 비교예 1-4와 마찬가지이다.
<비교예 1-6>
수지 용액의 제조 시에, 붕괴성 입자 H122를 사용하지 않고, 알루미나 입자만을 사용한 점 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 1-7>
수지 용액의 제조 시에, 붕괴성 입자 H122 대신에 평균 입자 직경 6㎛의 베마이트 입자를 사용한 점 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 1-8>
기재의 양쪽 면에, 수지 용액을 도포한 점 이외는, 비교예 1-7과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다. 또한, 수지 용액의 편면당의 도포량은, 비교예 1-7과 마찬가지이다.
<비교예 1-9>
수지 용액의 제조 시에, 붕괴성 입자 H122 대신에 평균 입자 직경 9.5㎛의 베마이트 입자를 사용한 점 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 1-10>
기재의 양쪽 면에, 수지 용액을 도포한 점 이외는, 비교예 1-9와 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다. 또한, 수지 용액의 편면당의 도포량은, 비교예 1-9와 마찬가지이다.
<비교예 1-11>
(수지 용액의 제조)
먼저, 무기 입자인 평균 입자 직경 0.5㎛의 알루미나 입자와, 평균 입자 직경 7nm의 실리카 입자(닛본 에어로실사제 R812)와, 수지 재료인 폴리불화비닐리덴을 혼합하여, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜서 수지 용액을 제조하였다. 또한, 수지 용액의 제조 시, 알루미나 입자와 실리카 입자와의 체적 비율(알루미나:실리카 입자)은 80:20으로 조정하고, 입자(알루미나 입자 및 실리카 입자)와 폴리불화비닐리덴과의 체적 비율(입자:폴리불화비닐리덴)은 80:20으로 조정하였다. 입자의 체적 비율은, 각각의 재료의 진 비중으로 계산하였다.
(표면층의 형성)
기재로서 두께 12㎛의 폴리에틸렌(PE) 다공질막을 사용하였다. 이 기재의 한쪽 표면(편면)에, 상기 수지 용액을, 제2 영역의 막 두께가 3.0㎛로 되도록 도포량을 조절하여 도포하고, 물를 포함하는 응고액에 침지 후, 건조시킴으로써 다공질의 표면층을 형성하였다. 이상에 의해, 비교예 1-11의 세퍼레이터를 제작하였다.
(SEM 관찰)
표면층의 압축 전 및 압축 후의 상태를 확인하기 위해서, 압축 전 및 압축 후의 표면층의 SEM(Scanning Electron Microscope)에 의한 관찰을 행하였다.
(표면 관찰)
먼저, 붕괴성 입자의 붕괴성을 확인하기 위한 표면 관찰을 행하였다. 이 표면 관찰에서는, 붕괴성 입자의 표면이 제2 입자(알루미나 입자)에 의해 피복되어 있으면, 붕괴성 입자의 붕괴성을 확인하기 어렵기 때문에, 붕괴성 입자의 표면이 제2 입자(알루미나 입자)에 의해 피복되어 있지 않은 비교예 1-2의 세퍼레이터를, SEM 관찰을 행하는 샘플로 선정하였다.
세퍼레이터 1장을 두꺼운 종이 사이에 끼우고, 핸드프레스기를 사용해서 100kg/㎠의 압력으로 세퍼레이터를 압축하였다. 압축 전 및 압축 후의 표면층의 상태에 대해서, 가부시끼가이샤 히타치 하이테크놀로지제의 주사형 전자 현미경 S4800을 사용하여 전자 현미경 관찰을 행하였다.
도 13의 A에, 비교예 1-2의 세퍼레이터 압축 전의 표면층의 SEM상을 나타낸다. 도 13의 B에, 비교예 1-2의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 SEM상을 나타낸다. 도 13의 A 및 도 13의 B에 도시한 바와 같이, 압축 전의 붕괴성 입자 H122가, 압축 후에 있어서 붕괴되어서 찌부러진 상태를 확인할 수 있었다.
(단면 관찰)
압축 후의 표면층의 상태를 확인하기 위한 세퍼레이터 단면 관찰을 행하였다. 실시예 1-1의 세퍼레이터를, SEM 관찰을 행하는 샘플에 선정하였다. 이 세퍼레이터 1장을 두꺼운 종이 사이에 끼우고, 핸드프레스기를 사용해서 100kg/㎠의 압력으로 세퍼레이터를 압축하였다. 압축 후의 세퍼레이터의 단면에 대해서, 가부시끼가이샤 히타치 하이테크놀로지제의 주사형 전자 현미경 S4800을 사용하여 전자 현미경 관찰을 행하였다.
도 14의 A는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 단면의 SEM상을 나타낸다. 도 14의 B는, 도 14의 A에 있어서의 화살표 a로 나타내는 부분을 확대한 SEM상이다. 도 14의 C는, 도 14의 B에 있어서의 화살표 b로 나타내는 부분을 확대한 SEM상이다.
도 14의 A 내지 도 14의 C에 도시한 바와 같이, 압축 후에 있어서, 2차 입자인 제1 입자(붕괴성 입자 H122)는 붕괴되어서 찌부러져 있었다. 압축 후에 있어서도, 2차 입자인 제1 입자(붕괴성 입자 H122)로 구성된 제1 영역(R1)과, 제2 입자(알루미나 입자) 및 수지 재료(폴리불화비닐리덴)로 구성된 제2 영역(R2)이 유지되고 있었다.
(압축 후의 표면층의 SEM 관찰, EDX에 의한 원소 맵핑)
압축 후의 표면층의 SEM 관찰, EDX에 의한 원소 맵핑을 행하였다. 관찰하는 샘플은, 실시예 1-1의 세퍼레이터와, 비교예 1-11의 세퍼레이터를 선정하였다.
세퍼레이터 1장을 두꺼운 종이 사이에 끼우고, 핸드프레스기를 사용해서 100kg/㎠의 압력으로 세퍼레이터를 압축하였다. 압축 전 및 압축 후의 표면층의 상태에 대해서, 가부시끼가이샤 히타치 하이테크놀로지제의 주사형 전자 현미경 S4800을 사용하여 전자 현미경 관찰 및 EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)에 의한 원소 맵핑을 행하였다.
도 15의 A는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 SEM상이다. 도 15의 B는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다. 도 15의 C는, 실시예 1-1의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다. 도 15의 D는, 비교예 1-11의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 SEM상이다. 도 15의 E는, 비교예 1-11의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다. 도 15의 F는, 비교예 1-11의 세퍼레이터 압축 후의 표면층의 원소 맵핑 상이다.
도 15의 A에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터를 압축 후, 제1 입자(붕괴성 입자 H122)가 붕괴되어도, 제1 입자(붕괴성 입자 H122)로 구성된 제1 영역(R1)과 제2 입자(알루미나) 및 수지 재료(폴리불화비닐리덴)로 구성된 제2 영역(R2)이 유지되고 있는 것을, SEM 관찰에 의해 확인할 수 있었다. 또한, 도 15의 B 내지 도 15의 C에 도시한 바와 같이, 제1 입자의 구성 원소(Si)의 원소 맵핑 상, 제2 입자의 구성 원소(Al)의 원소 맵핑 상으로부터, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)을 확인할 수 있었다. 즉, 도 15의 B에 있어서, Al이 밀하게 존재하지 않는 영역이 R1을 나타내고, Al이 완전하게 존재하고 있는 영역이 R2를 나타내고 있다. 도 15의 C에 있어서, Si가 밀하게 존재하고 있는 영역이 R1을 나타내고, Si가 밀하게 존재하고 있지 않은 영역이 R2를 나타내고 있다. 한편, 도 15의 D 내지 도 15의 F에 도시한 바와 같이, 알루미나와 나노실리카 입자와의 혼합물을 포함하는 도료를 도포에 의해 형성한 표면층에서는, 편재는 일어날 수 있지만, 실시예 1-1과 같은 제1 영역이 제2 영역에 점재한 상태를 확인할 수 없었다.
(평가)
실시예 1-1 내지 실시예 1-12, 및 비교예 1-1 내지 비교예 1-10에 대해서, 이하의 「입자의 붕괴성의 확인」, 「표면층의 압축률의 측정」, 「내박리성의 평가」를 행하였다.
(입자의 붕괴성의 확인)
세퍼레이터 1장을 두꺼운 종이 사이에 끼우고, 핸드프레스기를 사용해서 100kg/㎠의 압력으로 세퍼레이터를 압축하였다. 압축 전 및 압축 후의 표면층의 상태에 대해서, 가부시끼가이샤 히타치 하이테크놀로지제의 주사형 전자 현미경 S4800을 사용하여 전자 현미경 관찰하고, 압축 후, 입자가 붕괴되어서 찌부러진 상태가 확인된 것을 붕괴성 있음으로 하였다. 압축 후, 입자가, 붕괴되지 않고 찌부러지지 않은 것을 붕괴성 없음으로 하였다.
(표면층의 압축률의 측정)
표면층의 압축률은, 다음과 같이 하여 구하였다. 먼저, 압축 전의 표면층의 막 두께를 구하였다. 압축 전의 표면층의 막 두께는, 다음과 같이 하여 구하였다.
먼저, 직경 6mm의 원형 평면 압자를 사용하여 세퍼레이터에 1.8kg/㎠의 하중을 가했을 때의 두께로부터 기재의 두께(12㎛)를 차감한, 편면당 표면층의 막 두께를 측정하였다. 또한 상기 측정을 10점 반복하여 평균값을 산출하여, 평균값을 표면층의 막 두께로서 구하였다.
이어서, 세퍼레이터 1장을 두꺼운 종이 사이에 끼우고, 핸드프레스기를 사용해서 100kg/㎠의 압력으로 세퍼레이터를 압축하였다. 이어서, 압축 후의 세퍼레이터의 표면층의 막 두께를 상기와 마찬가지로 구하였다.
이어서, 압축 전후의 표면층의 막 두께의 차분으로부터, 찌부러진 표면층 두께를 산출하였다. 이어서, 상술한 바와 같이 하여 구한 「찌부러진 표면층 두께」 및 「압축 전의 표면층의 막 두께」를 이하의 식에 대입함으로써, 표면층의 압축률을 구하였다.
표면층 압축률(％)=(찌부러진 표면층 두께/압축 전의 표면층의 막 두께)×100(％)
(내박리성의 평가)
세퍼레이터의 표면층을 가부시끼가이샤 히타치 하이테크놀로지제의 주사형 전자 현미경 S4800을 사용하여 전자 현미경 관찰을 행함으로써, 내박리성의 평가를 행하였다.
구체적으로는, 표면층에 대해서, 소정 범위(250㎛×100㎛)의 SEM 관찰을 랜덤하게 10군데 행하고, 이하의 기준으로 내산화성을 평가하였다.
제1 영역을 형성하는 입자의 박리를 확인할 수 없는 경우 ◎
제1 영역을 형성하는 입자의 박리가 1 내지 3군데 확인된 경우 ○
제1 영역을 형성하는 입자의 박리가 4군데 이상 확인된 경우 ×
또한, 도 16의 A에, 실시예 1-11의 표면층의 제1 입자가 박리되어 있지 않은 상태의 SEM상을 나타내고, 도 16의 B에, 실시예 1-12의 제1 입자의 박리가 발생한 개소의 SEM상을 나타낸다.
실시예 1-1 내지 실시예 1-12 및 비교예 1-1 내지 비교예 1-10의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure pct00008
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1 내지 실시예 1-12에서는, 붕괴성 입자로 구성된 제1 영역을 갖기 때문에, 표면층의 압축률을 크게 할 수 있었다. 또한, 실시예 1-1 내지 실시예 1-12에서는, 제1 영역과 함께, 붕괴성 입자와 다른 제2 입자 및 수지 재료로 구성된 제2 영역을 구비하기 때문에, 내박리성을 확보할 수 있었다. 한편, 비교예 1-1 내지 비교예 1-4에서는, 표면층은 붕괴성 입자를 포함하고 있지만, 제2 영역을 구비하고 있지 않기 때문에, 내박리성이 나빴다. 비교예 1-6 내지 비교예 1-10에서는, 표면층이 붕괴성 입자를 포함하고 있지 않기 때문에, 표면층의 압축률이 작았다.
<실시예 2-1 내지 실시예 2-12>
실시예 1-1 내지 실시예 1-12와 마찬가지로 하여, 실시예 2-1 내지 실시예 2-12의 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 2-1 내지 비교예 2-7>
비교예 1-1 내지 비교예 1-7과 마찬가지로 하여, 비교예 2-1 내지 비교예 2-7의 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 2-8>
비교예 2-7과 마찬가지로 하여, 비교예 2-8의 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 2-9 내지 비교예 2-10>
기재의 양쪽 면에, 수지 용액을 도포한 점 이외는, 비교예 2-7과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다. 또한, 수지 용액의 편면당의 도포량은, 비교예 2-7과 마찬가지이다.
(평가)
실시예 2-1 내지 실시예 2-12, 및 비교예 2-1 내지 비교예 2-10에 대해서, 상기와 마찬가지의 「입자의 붕괴성의 확인」, 상기와 마찬가지의 「압축 전의 표면층 및 압축 후의 표면층의 막 두께의 측정」, 「압축 전 및 압축 후의 투기도 측정」을 행하였다.
(압축 전 및 압축 후의 투기도 측정)
먼저, 압축 전후의 세퍼레이터의 투기도를 구하였다. 투기도는, 다음과 같이 하여 구하였다. JIS P8117 준거의 걸리식 투기도계를 사용하고, 645㎟의 면적(직경 28.6mm의 원)의 미다공막을 공기 100cc가 통과하는 시간(초)을 측정하여, 투기도로 하였다.
이어서, 세퍼레이터 1장을 두꺼운 종이 사이에 끼우고, 핸드프레스기를 사용해서 100kg/㎠(비교예 2-7, 비교예 2-9 이외) 또는 200kg/㎠(비교예 2-7, 비교예 2-9)의 압력으로 세퍼레이터를 압축하였다. 이어서, 상기와 마찬가지로 하여, 압축 후의 세퍼레이터의 투기도를 구하였다. 또한, 비교예 2-7 및 비교예 2-9에서는, 붕괴성이 없는 입자를 사용한 경우에 있어서, 붕괴성 입자를 사용한 경우의 변형량과 동등한 변형량을 얻었을 경우의, 세퍼레이터의 투기도를 평가하기 위해서, 압축 압력을 높였다. 즉, 비교예 2-7에서는 실시예 2-1과 표면층의 압축률이 동일 정도로 되고, 비교예 2-9에서는 실시예 2-2와 표면층의 압축률이 동일 정도로 되는 압축 압력으로 하고 있다.
실시예 2-1 내지 실시예 2-12, 및 비교예 2-1 내지 비교예 2-10의 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
Figure pct00009
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-1 내지 실시예 2-12에서는, 제1 영역을 구성하는 입자에 붕괴성이 있기 때문에, 표면층의 변형량이 많음과 동시에, 압축 후의 투기도의 상승도 보다 억제할 수 있었다. 한편, 비교예 2-1에서는, 기재만으로는, 두께 측정으로 검출할 수 있는 정도로는 찌부러뜨릴 수 없지만, 기재 표면이 압축되기 때문에, 압축 후, 투기도의 상승이 컸다. 비교예 2-7, 비교예 2-9에서는, 입자의 붕괴성이 없을 경우, 변형량은 적어지지만, 투기도의 상승은, 제1 영역을 구성하는 입자가, 붕괴성이 있을 경우와 동일 정도이다. 비교예 2-8, 비교예 2-10에서는, 입자의 붕괴성이 없을 경우에 있어서, 변형량 확보를 위하여 압축 압력을 상승시키면, 변형량은 붕괴성이 있는 경우와 동일 정도이지만, 투기도의 상승이 컸다.
<실시예 3-1>
실시예 1-8과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 3-1>
비교예 1-6과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 3-2>
비교예 1-7과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
(평가)
실시예 3-1 및 비교예 3-1 내지 비교예 3-2에 대해서, 상기와 마찬가지의 「입자의 붕괴성의 확인」, 상기와 마찬가지의 「표면층 압축률의 측정」, 「압축 전의 표면 조도(Ra)의 측정」, 「압축 후의 표면 조도(Ra)의 측정」, 「압축 전 및 압축 후의 표면층의 SEM 관찰」을 행하였다.
(압축 전의 표면 조도(Ra)의 측정)
먼저, 압축 전의 표면층의 표면 조도(Ra)를 다음과 같이 하여 측정하였다. 레이저 현미경(키엔스사제, VK-9500)을 사용하여, 표면의 요철을 측정하였다. 이때, 측정한 범위는(210㎛×280㎛으로 행하고, 측정 결과로부터 Ra(산술 평균 조도)를 산출하였다.
(압축 후의 표면 조도(Ra)의 측정)
이어서, 세퍼레이터 1장을 두꺼운 종이에 끼우고, 핸드프레스기를 사용해서 100kg/㎠의 압력으로 세퍼레이터를 압축하였다. 레이저 현미경(키엔스사제, VK-9500)을 사용하여, 표면의 요철을 측정하였다. 이때, 측정한 범위는 210㎛×280㎛으로 행하고, 측정 결과로부터 Ra(산술 평균 조도)를 산출하였다.
(압축 전 및 압축 후의 표면층의 SEM 관찰)
실시예 3-1, 비교예 3-2에 대해서, 압축 전 및 압축 후의 표면층의 SEM 관찰을 행하였다. 도 17의 A에 실시예 3-1의 세퍼레이터 표면층(압축 전)의 SEM상을 나타낸다. 도 17의 B에 실시예 3-1의 세퍼레이터 표면층(압축 후)의 SEM상을 나타낸다. 도 18의 A에 비교예 3-2의 세퍼레이터 표면층(압축 전)을 나타낸다. 도 18의 B에 비교예 3-2의 세퍼레이터 표면층(압축 후)을 나타낸다.
실시예 3-1 및 비교예 3-1 내지 비교예 3-2의 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
Figure pct00010
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 3-1에서는, 제1 영역을 구성하는 제1 입자(붕괴성 입자 H33)가 붕괴성을 가짐으로써, 압축 전의 요철 형상이, 평활해질 때까지, 제1 입자(붕괴성 입자 H33)가 찌부러진다. 따라서, 압축 후의 표면층의 표면 조도가 작았다. 실시예 3-1에서는, 압축 후의 표면 조도를 개선하고, 전극간 거리를 일정하게 함으로써 전위 불균일 등의 악영향을 억제할 수 있다. 한편, 비교예 3-2에서는, 입자(베마이트 입자)가 붕괴성이 없기 때문에, 압축 후의 표면층의 표면 조도가 컸다. 또한, 비교예 3-1에서는, 표면층에 포함되는 입자는 단독종이며 압축 전부터 표면 조도가 작기 때문에, 압축 전과 압축 후의 표면 조도에 거의 차가 없었다.
<실시예 4-1>
표면층을 형성할 때, 제2 영역의 막 두께가 1.5㎛로 되도록, 수지 용액의 도포량을 조정하였다. 이상의 점 이외는, 실시예 1-3과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<실시예 4-2>
표면층을 형성할 때, 제2 영역의 막 두께가 1.0㎛로 되도록, 수지 용액의 도포량을 조정하였다. 이상의 점 이외는, 실시예 4-1과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
(평가)
실시예 4-1 내지 실시예 4-2에 대해서, 「제2 영역의 막 두께 측정」, 「내산화성 평가」를 행하였다.
(제2 영역의 막 두께 측정)
세퍼레이터의 표면층을 테이프에서 박리하고, 제작한 표면층의 도포부와 미 도포부의 단차를 레이저 현미경(키엔스사제, VK-9500)을 사용하여 측정하였다. 기재와 제2 영역과의 단차를 제2 영역의 막 두께로 하였다.
(내산화성 평가)
세퍼레이터의 표면층을 가부시끼가이샤 히타치 하이테크놀로지제의 주사형 전자 현미경S4800을 사용하여 전자 현미경 관찰을 행하여 내산화성을 평가하였다. 구체적으로는, 표면층에 대해서, 소정 범위(250㎛×100㎛)의 SEM 관찰을 랜덤하게 10군데 행하고, 이하의 기준으로 내산화성을 평가하였다.
기재 표면이 노출된 부분을 확인할 수 없었을 경우 ◎
1군데 이상 기재 표면이 노출된 부분이 확인된 경우 ○
모든 개소에 기재 표면이 노출된 부분이 확인된 경우 ×
실시예 4-1 내지 실시예 4-2에 관한 평가 결과를 표 4에 나타내었다. 또한, 실시예 4-1 내지 실시예 4-2에서는, 모든 개소에 기재 표면이 노출된 부분을 확인할 수 있었던 경우(×) 평가에 해당하는 것은 없었다.
Figure pct00011
표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 4-1 내지 실시예 4-2에 의하면, 제2 영역의 막 두께가 1.5㎛ 이상이면, 기재의 노출이 없고, 보다 내열성 및 내산화성이 우수한 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 5-1>
표면층을 형성할 때, 제2 영역의 막 두께가 1.5㎛로 되도록, 수지 용액의 도포량을 조정하였다. 이상의 점 이외는, 실시예 1-4와 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 5-1>
표면층을 형성하고 있지 않은, 기재(두께 12㎛의 폴리에틸렌(PE) 다공질막)를 비교예 5-1의 세퍼레이터로 하였다.
<비교예 5-2>
기재의 양쪽 면에, 수지 용액을 도포하였다. 표면층을 형성할 때, 표면층의 막 두께가 2.0㎛로 되도록, 수지 용액의 도포량을 조정하였다. 이상의 점 이외는, 비교예 1-6과 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
<비교예 5-3>
비교예 1-5와 마찬가지로 하여, 세퍼레이터를 제작하였다.
(평가)
실시예 5-1 및 비교예 5-1 내지 비교예 5-3에 대해서, 상기와 마찬가지의 「제2 영역의 막 두께 측정」, 「내열성의 평가(고온 보존 후의 수축률의 측정)」를 행하였다.
(내열성: 고온 보존 후의 수축률의 측정)
각 실시예 및 비교예의 세퍼레이터를, MD(Machine Direction) 방향으로 60 mm, TD(Transverse Direction) 방향으로 60mm로 잘라내고, 150℃의 오븐 내에 1시간 정치한다. 이때, 온풍이 직접 세퍼레이터에 닿지 않도록, 세퍼레이터를 2매의 종이에 끼워서 정치하였다. 이 후, 세퍼레이터를 오븐으로부터 취출하여 냉각하고, MD 방향 및 TD 방향 각각의 길이[mm]를 측정하였다. 이하의 각 식으로부터, MD 방향 및 TD 방향의 열수축률을 산출하였다.
MD열수축률(％)=(60-가열 후의 미다공막 MD 방향 길이)/60×100
TD열수축률(％)=(60-가열 후의 미다공막 TD 방향 길이)/60×100
표 5에, 실시예 5-1, 비교예 5-1 내지 비교예 5-3에 관한 평가 결과를 나타낸다.
Figure pct00012
표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 5-1과 같은, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 표면층을 구비한 세퍼레이터에서는, 기재의 열수축을 억제할 수 있었다. 한편, 비교예 5-1과 같이, 표면층을 형성하지 않은, 기재만의 경우에서는, 열수축이 컸다. 비교예 5-3과 같이, 표면층에 포함되는 입자가 붕괴성 입자 단독종일 경우, 기재를 균일하게 피복할 수 없기 때문에, 열수축이 컸다. 비교예 5-2와 같이, 표면층에 포함되는 입자가, 붕괴성을 갖지 않은 알루미나 입자 단독종일 경우, 기재를 균일하게 피복할 수 있기 때문에, 열수축이 작았다. 그러나, 비교예 5-2의 세퍼레이터는, 제1 영역을 구비하지 않기 때문에, 압축 후의 표면층의 변형량이 작아져 버린다.
<실시예 6-1>
(세퍼레이터의 제작)
수지 용액의 도포량을 바꾼 점 이외는, 실시예 1-4와 마찬가지로 하여 세퍼레이터를 제작하였다.
이어서, 이하와 같이 하여, 제작한 세퍼레이터를 사용한 코인형 전지 및 원통형 전지를 제작하였다.
(코인형 전지의 제작)
(정극의 제작)
정극 활물질인 코발트산리튬(LiCoO2) 91질량％와, 도전제인 카본 블랙 6질량％와, 결착제인 폴리불화비닐리덴(PVdF) 3질량％를 혼합하여 정극 합제를 제조하고, 이 정극 합제를 분산매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산시켜서 정극 합제 슬러리로 하였다. 이 정극 합제 슬러리를 두께 15㎛의 띠 형상 알루미늄박을 포함하는 정극 집전체의 양면에, 정극 집전체의 일부가 노출되도록 하여 도포하였다. 이 후, 도포한 정극 합제 슬러리의 분산매를 증발 및 건조시키고, 롤 프레스로 압축 성형함으로써, 정극 활물질층을 형성하였다. 이것을 직경 16mm의 원 형상으로 펀칭하여 정극을 형성하였다.
(부극의 제작)
제일 먼저, 가스 아토마이즈법으로 규소계 재료 SiOx(코어부)를 얻은 뒤, 그 표면에 분체 증착법으로 코어부보다 저결정성의 규소계 재료 SiOy(피복부)를 퇴적시켜서 부극 활물질을 얻었다. 코어부에서는 반값폭=0.6°, 결정자 크기=90nm, 평균 입자 직경=4㎛로 하고, 피복부에서는 평균 두께=500nm, 평균 피복률=70％로 하였다.
또한, 코어부의 규소계 재료(SiOx)를 형성하는 경우에는, 원재료(규소)의 용융 응고 시에 산소 도입량을 조정하여 조성(산화 상태)을 제어하였다. 피복부의 규소계 재료(SiOy)를 형성하는 경우에는, 원재료(규소)의 퇴적 시에 산소 또는 수소의 도입량을 조정하여 조성을 제어하였다. 분체 증착법에서는, 편향식 전자빔 증착원을 사용함과 함께, 퇴적 속도=2nm/초, 터보 분자 펌프로 압력=1×10-3Pa의 진공 상태로 하였다.
부극 활물질인 규소계 재료 80질량％와, 결착제인 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산 용액 20질량％(건조 질량비)를 혼합하여 부극 합제를 제조하고, 이 부극 합제를 분산매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산시켜서 부극 합제 슬러리로 하였다. 또한, 폴리아믹산 용액의 용매로서, NMP 및 N,N-디메틸아세트아미드(DMAC)를 사용하였다. 이 부극 합제 슬러리를 두께 15㎛의 띠 형상 구리박을 포함하는 부극 집전체의 양면에, 부극 집전체의 일부가 노출되도록 하여 도포하였다. 이 후, 도포한 부극 합제 슬러리의 분산매를 증발 및 건조시키고, 롤 프레스로 압축 성형한 후, 400℃의 진공 분위기 중에서 1시간 소성하였다. 이에 의해, 결착제인 폴리이미드를 생성하여, 부극 활물질층을 형성하였다. 마지막으로, 직경 17mm의 원 형상으로 펀칭하여 정극을 형성하였다.
(비수 전해액의 제조)
탄산에틸렌(EC)과 탄산비닐렌(VC)과 탄산디에틸(DEC)을 질량비 30:10:60으로 혼합한 비수 용매에 대하여 전해질 염으로서 육불화인산리튬(LiPF6)을 1mol/d㎥의 농도로 용해시킴으로써, 비수 전해액을 제조하였다.
(코인형 전지의 조립)
제작한 정극과 부극과 세퍼레이터를 통해 적층하고, 외장 컵 및 외장 캔의 내부에 수용시켜서 가스킷을 통해 코오킹함으로써, 직경 20mm, 높이 1.6mm의 코인형의 비수 전해질 이차 전지를 제작하였다.
(원통형의 전지 제작)
(정극의 제작)
상기의 코인형 전지의 정극 제작 공정과 마찬가지로 하여, 상기와 마찬가지의 정극 집전체 상에, 상기와 마찬가지의 정극 활물질층을 형성하고, 마지막으로, 정극 단자를 정극 집전체 노출부에 설치하여, 정극을 형성하였다.
(부극의 제작)
상기의 코인형 전지의 부극 제작 공정과 마찬가지로 하여, 상기와 마찬가지의 부극 집전체 상에, 상기와 마찬가지의 부극 활물질층을 형성하였다. 마지막으로, 부극 단자를 부극 집전체 노출부에 설치하여, 부극을 얻었다.
(비수 전해액의 제조)
상기의 코인형 전지의 비수 전해액 조정 공정과 마찬가지로 하여, 상기와 마찬가지의 비수 전해액을 제조하였다.
(원통형 전지의 조립)
정극 및 부극과, 세퍼레이터를, 정극, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터의 순서대로 적층하고, 길이 방향으로 다수회 권회시킨 후, 권회 종료 부분을 점착 테이프로 고정함으로써 권회 전극체를 형성하였다. 이때, 세퍼레이터의 요철 형상을 갖는 표면층은 부극에 대향하도록 배치하였다. 이어서, 정극 단자를 전지 덮개와 접합된 안전 밸브에 접합함과 동시에, 부극 리드를 부극 캔에 접속하였다. 권회 전극체를 한 쌍의 절연판에 끼워서 전지 캔의 내부에 수납한 후, 권회 전극체를 중심으로 센터 핀을 삽입하였다.
계속해서, 원통형의 전지 캔 내부에 절연판 위로부터 비수 전해액을 주액하였다. 마지막으로, 전지 캔의 개방부에, 안전 밸브, 디스크 홀더, 차단 디스크를 포함하는 안전 밸브 기구, PTC 소자 및 전지 덮개를, 절연 밀봉 가스킷을 통해 코오킹함으로써 밀폐하였다. 이에 의해, 전지 형상이 직경 18mm, 높이 65mm(ICR18650사이즈), 전지 용량이 3500mAh인, 도 4에 도시하는 원통형 전지를 제작하였다.
<비교예 6-1>
(세퍼레이터의 제작)
수지 용액의 도포량을 바꾼 점 이외는, 비교예 1-6과 마찬가지로 하여 세퍼레이터를 제작하였다.
(코인형 전지 및 원통형 전지의 제작)
상술한 세퍼레이터를 사용하여, 실시예 6-1과 마찬가지로 하여, 코인형 전지 및 원통형 전지를 제작하였다.
(평가)
실시예 6-1 및 비교예 6-1에 대해서, 충방전 시험을 행하고, 「제2 영역의 막 두께 측정」, 「부극 팽창률의 측정」, 「박떨어짐 평가」를 행하였다.
(부극 팽창률의 측정)
실시예 및 비교예의 각 코인형 전지를, 23℃ 분위기 중, 0.5C의 충전 전류로 전지 전압이 4.2V가 될 때까지 정전류 충전을 행한 후, 전지 전압 4.2V에서 정전압 충전을 행하고, 충전 전류가 50mA가 된 시점에서 충전을 종료하였다. 이 충방전 조건에서의 충방전 사이클을 10사이클 행하였다. 충방전 사이클 후에 코인형 전지를 해체하고, 「부극 합제층의 두께」 및 「세퍼레이터의 두께」를 측정하였다. 부극 합제층의 두께는 구리박 15㎛의 두께를 차감한 두께이다.
(팽창률 계산)
부극 팽창률(％)={(충방전 사이클 후의 부극 합제 두께)/(충방전 사이클 전의 부극 합제 두께)}×100(％)
(박리의 평가)
실시예 및 비교예의 각 원통형 전지를, 23℃ 분위기 중, 0.5C의 충전 전류로 전지 전압이 4.2V가 될 때까지 정전류 충전을 행한 후, 전지 전압 4.2V에서 정전압 충전을 행하고, 충전 전류가 50mA가 된 시점에서 충전을 종료하였다. 이 후, 원통형 전지를 해체하여, 전극이 다 되었는지 유무를 육안으로 확인하고, 이하의 기준으로 박리 억제 효과를 평가하였다.
박리가 발생하지 않았다 ○
박리가 발생했다 ×
실시예 6-1 및 비교예 6-1의 평가 결과를 표 6에 나타내었다.
Figure pct00013
표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 6-1과 비교예 6-1과의, 사이클 시험 전과 사이클 시험 후와의 세퍼레이터 막 두께의 변화 및 부극 팽창률의 비교에 의하면, 이하의 것을 알았다. 즉, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 표면층에 있어서, 제1 영역을 형성하는 제1 입자가 붕괴되어 찌부러지는 것에 의해, 충분한 세퍼레이터의 변형량과 부극 팽창률을 확보할 수 있었다.
7. 다른 실시 형태
본 기술은, 상술한 본 기술의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 변형이나 응용이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태 및 실시예에 있어서 든 수치, 구조, 형상, 재료, 원료, 제조 프로세스 등은 어디까지나 예에 지나지 않고, 필요에 따라 이들과 다른 수치, 구조, 형상, 재료, 원료, 제조 프로세스 등을 사용해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태 및 실시예의 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은, 본 기술의 주지를 일탈하지 않는 한, 서로 조합하는 것이 가능하다.
본 기술의 이차 전지에서는, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료의 전기 화학 당량이, 정극의 전기 화학 당량보다 커지고, 충전의 도중에 있어서 부극에 리튬 금속이 석출되지 않게 되어 있어도 된다.
또한, 본 기술의 이차 전지에서는, 한 쌍의 정극 및 부극당 완전 충전 상태에 있어서의 개회로 전압(즉 전지 전압)이 4.20V 이하라도 되지만, 4.20V보다 높고, 바람직하게는 4.25V 이상 4.50V 이하의 범위 내로 되도록 설계되어 있어도 된다. 전지 전압을 4.20V보다 높게 함으로써, 완전 충전 시에 있어서의 개회로 전압이 4.20V의 전지보다, 동일한 정극 활물질이어도, 단위 질량당의 리튬의 방출량이 많아지므로, 그에 따라 정극 활물질과 부극 활물질과의 양이 조정된다. 이것에 의해 높은 에너지 밀도가 얻어지게 된다.
본 기술은, 이하의 구성을 취할 수도 있다.
[1]
다공질의 기재층과,
해당 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치되고, 제1 입자와 제2 입자와 수지 재료를 포함하는 다공질의 표면층을 구비하고,
상기 표면층은, 적어도 상기 제1 입자로 구성된 제1 영역과,
상기 제2 입자 및 상기 수지 재료로 구성된 제2 영역을 포함하는 세퍼레이터.
[2]
상기 제1 입자는, 1차 입자의 평균 입자 직경이 1nm 이상 500nm 이하의 미립자를 포함하고,
상기 제2 입자는, 1차 입자의 평균 입자 직경이 0.01㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 입자를 포함하는 [1]에 기재된 세퍼레이터.
[3]
상기 제1 입자는, 상기 미립자가 응집한 2차 입자이며,
상기 2차 입자의 평균 입자 직경은, 3.0㎛ 이상인 [2] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[4]
상기 제1 입자는, 붕괴되어서 타원체 형상으로 찌부러진 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[5]
상기 제1 입자의 표면의 적어도 일부가, 상기 제2 입자에 의해 피복되어 있는 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[6]
100kg/㎠로 압축 시에, 상기 제1 입자는 붕괴되고,
100kg/㎠로 압축 후의 상기 표면층의 압축률은, 40％ 이상인 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[7]
상기 제2 입자의 체적 비율은, 상기 제1 입자와 상기 제2 입자와의 합계 체적에 대하여 10％ 이상인 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[8]
상기 제2 영역의 두께는, 1.5㎛ 이상인 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[9]
상기 제1 입자는, 스페이서로서 기능하고, 상기 제1 입자의 입자 높이가 상기 표면층의 두께와 거의 동등해지는 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[10]
상기 제2 영역은, 상기 제2 입자 및 상기 수지 재료로 형성된 다공질 구조를 갖는 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[11]
상기 기재층은, 폴리올레핀 미다공막인 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 세퍼레이터.
[12]
정극과,
부극과,
전해질과,
세퍼레이터를 구비하고,
상기 세퍼레이터는,
다공질의 기재층과,
해당 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치되고, 제1 입자와 제2 입자와 수지 재료를 포함하는 다공질의 표면층을 구비하고,
상기 표면층은, 적어도 상기 제1 입자로 구성된 제1 영역과,
상기 제2 입자 및 상기 수지 재료로 구성된 제2 영역을 포함하는 전지.
[13]
상기 부극은, 부극 활물질로서, 리튬과 합금을 형성 가능한 금속 원소 및 반금속 원소 중 적어도 1종을 구성 원소로 하는 합금계 부극 재료를 포함하는 [12]에 기재된 전지.
[14]
상기 합금계 부극 재료는, 상기 구성 원소로서 주석을 포함하는 [13]에 기재된 전지.
[15]
[12]에 기재된 전지와,
상기 전지를 제어하는 제어부와,
상기 전지를 내포하는 외장을 갖는 전지 팩.
[16]
[12]에 기재된 전지를 갖고, 상기 전지로부터 전력의 공급을 받는 전자 기기.
[17]
[12]에 기재된 전지와,
상기 전지로부터 전력의 공급을 받아서 차량의 구동력으로 변환하는 변환 장치와,
상기 전지에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 제어 장치를 갖는 전동 차량.
[18]
[12]에 기재된 전지를 갖고, 상기 전지에 접속되는 전자 기기에 전력을 공급하는 축전 장치.
[19]
다른 기기와 네트워크를 통하여 신호를 송수신하는 전력 정보 제어 장치를 구비하고,
상기 전력 정보 제어 장치가 수신한 정보에 기초하여, 상기 전지의 충방전 제어를 행하는 [18]에 기재된 축전 장치.
[20]
[12]에 기재된 전지로부터 전력의 공급을 받고, 또는, 발전 장치 또는 전력망으로부터 상기 전지에 전력이 공급되는 전력 시스템.
1… 세퍼레이터
2… 기재
3… 표면층
4a… 제1 입자
4b… 제2 입자
11… 전지 캔
12a… 절연판
13… 전지 덮개
14… 안전 밸브
14a… 돌출부
15… 디스크 홀더
16… 차단 디스크
16a… 구멍부
17… 열감 저항 소자
18… 가스킷
19… 서브 디스크
20… 권회 전극체
21… 정극
21A… 정극 집전체
21B… 정극 활물질층
22… 부극
22A… 부극 집전체
22B… 부극 활물질층
23… 세퍼레이터
24… 센터 핀
25… 정극 리드
26… 부극 리드
30… 질량비
31… 외장 캔
32… 전지 덮개
33… 전극 핀
34… 절연체
35… 관통 구멍
36… 내압 개방 기구
36a… 개구 홈
36b… 개구 홈
37… 전해액 주입구
38… 밀봉 부재
40… 권회 전극체
41… 정극 단자
50… 권회 전극체
51… 정극 리드
52… 부극 리드
53… 정극
53A… 정극 집전체
53B… 정극 활물질층
54… 부극
54A… 부극 집전체
54B… 부극 활물질층
56… 겔 전해질
57… 보호 테이프
58… 세퍼레이터
60… 외장 부재
61… 밀착 필름
70… 적층 전극체
71… 정극 리드
72… 부극 리드
73… 정극
74… 부극
75… 세퍼레이터
76… 고정 부재
301… 조전지
301a… 이차 전지
302a… 충전 제어 스위치
302b… 다이오드
303a… 방전 제어 스위치
303b… 다이오드
304… 스위치부
307… 전류 검출 저항
308… 온도 검출 소자
310… 제어부
311… 전압 검출부
313… 전류측정부
314… 스위치 제어부
317… 메모리
318… 온도 검출부
321… 정극 단자
322… 부극 단자
400… 축전 시스템
401… 주택
402… 집중형 전력 계통
402a… 화력발전
402b… 원자력 발전
402c… 수력 발전
403… 축전 장치
404… 발전 장치
405… 전력 소비 장치
405a… 냉장고
405b… 공조 장치
405c… 텔레비전 수신기
405d… 목욕탕
406… 전동 차량
406a… 전기 자동차
406b… 하이브리드 카
406c… 전기 바이크
407… 스마트 미터
408… 파워 허브
409… 전력망
410… 제어 장치
411… 센서
412… 정보망
413… 서버
500… 하이브리드 차량
501… 엔진
502… 발전기
503… 전력 구동력 변환 장치
504a… 구동륜
504b… 구동륜
505a… 차륜
505b… 차륜
508… 배터리
509… 차량 제어 장치
510… 센서
511… 충전구

Claims (20)

  1. 세퍼레이터로서,
    다공질의 기재층과,
    해당 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치되고, 제1 입자와 제2 입자와 수지 재료를 포함하는 다공질의 표면층을 구비하고,
    상기 표면층은, 적어도 상기 제1 입자로 구성된 제1 영역과,
    상기 제2 입자 및 상기 수지 재료로 구성된 제2 영역을 포함하는 세퍼레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입자는, 1차 입자의 평균 입자 직경이 1nm 이상 500nm 이하인 미립자를 포함하고,
    상기 제2 입자는, 1차 입자의 평균 입자 직경이 0.01㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 입자를 포함하는 세퍼레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 입자는, 상기 미립자가 응집한 2차 입자이며,
    상기 2차 입자의 평균 입자 직경은 3.0㎛ 이상인 세퍼레이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 입자는, 붕괴되어서 타원체 형상으로 찌부러지는 세퍼레이터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 입자의 표면의 적어도 일부가 상기 제2 입자에 의해 피복되어 있는 세퍼레이터.
  6. 제3항에 있어서,
    100kg/㎠로 압축 시에, 상기 제1 입자는 붕괴되고,
    100kg/㎠로 압축 후의 상기 표면층의 압축률은 40％ 이상인 세퍼레이터.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 입자의 체적 비율은, 상기 제1 입자와 상기 제2 입자와의 합계 체적에 대하여 10％ 이상인 세퍼레이터.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 영역의 두께는 1.5㎛ 이상인 세퍼레이터.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 입자는 스페이서로서 기능하고, 상기 제1 입자의 입자 높이가 상기 표면층의 두께와 거의 동등해지는 세퍼레이터.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2 영역은, 상기 제2 입자 및 상기 수지 재료로 형성된 다공질 구조를 갖는 세퍼레이터.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 기재층은 폴리올레핀 미다공막인 세퍼레이터.
  12. 전지로서,
    정극과,
    부극과,
    전해질과,
    세퍼레이터를 구비하고,
    상기 세퍼레이터는,
    다공질의 기재층과,
    해당 기재층 중 적어도 하나의 주면에 설치되고, 제1 입자와 제2 입자와 수지 재료를 포함하는 다공질의 표면층을 구비하고,
    상기 표면층은, 적어도 상기 제1 입자로 구성된 제1 영역과,
    상기 제2 입자 및 상기 수지 재료로 구성된 제2 영역을 포함하는 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 부극은, 부극 활물질로서, 리튬과 합금을 형성 가능한 금속 원소 및 반금속 원소 중 적어도 1종을 구성 원소로 하는 합금계 부극 재료를 포함하는 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 합금계 부극 재료는, 상기 구성 원소로서 주석을 포함하는 전지.
  15. 전지 팩으로서,
    제12항에 기재된 전지와,
    상기 전지를 제어하는 제어부와,
    상기 전지를 내포하는 외장을 갖는 전지 팩.
  16. 전자 기기로서,
    제12항에 기재된 전지를 갖고, 상기 전지로부터 전력의 공급을 받는 전자 기기.
  17. 전동 차량으로서,
    제12항에 기재된 전지와,
    상기 전지로부터 전력의 공급을 받아서 차량의 구동력으로 변환하는 변환 장치와,
    상기 전지에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 제어 장치를 갖는 전동 차량.
  18. 축전 장치로서,
    제12항에 기재된 전지를 갖고, 상기 전지에 접속되는 전자 기기에 전력을 공급하는 축전 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    다른 기기와 네트워크를 통하여 신호를 송수신하는 전력 정보 제어 장치를 구비하고,
    상기 전력 정보 제어 장치가 수신한 정보에 기초하여, 상기 전지의 충방전 제어를 행하는 축전 장치.
  20. 전력 시스템으로서,
    제12항에 기재된 전지로부터 전력의 공급을 받거나, 또는, 발전 장치 또는 전력망으로부터 상기 전지에 전력이 공급되는 전력 시스템.
KR1020147023951A 2012-03-06 2013-02-14 세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템 KR101955061B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012049249 2012-03-06
JPJP-P-2012-049249 2012-03-06
PCT/JP2013/054245 WO2013133025A1 (ja) 2012-03-06 2013-02-14 セパレータ、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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140135956A true KR20140135956A (ko) 2014-11-27
KR101955061B1 KR101955061B1 (ko) 2019-03-06

Family

ID=49116508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147023951A KR101955061B1 (ko) 2012-03-06 2013-02-14 세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9496534B2 (ko)
JP (1) JP5935872B2 (ko)
KR (1) KR101955061B1 (ko)
CN (1) CN104160528B (ko)
WO (1) WO2013133025A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160118979A (ko) * 2015-04-02 2016-10-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 세퍼레이터 및 그의 제조방법
WO2019164130A1 (ko) * 2018-02-26 2019-08-29 삼성에스디아이주식회사 분리막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬전지
US11502373B2 (en) 2018-03-06 2022-11-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator, method of preparing the same, and lithium battery including the same
WO2023167477A1 (ko) * 2022-03-02 2023-09-07 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬이차전지용 분리막 및 그의 제조방법

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6216203B2 (ja) * 2013-10-09 2017-10-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 捲回式二次電池
WO2015079549A1 (ja) * 2013-11-29 2015-06-04 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池およびその製造方法、リチウムイオン二次電池用結着剤溶液
JP6003929B2 (ja) 2014-03-06 2016-10-05 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
KR102202986B1 (ko) 2014-04-14 2021-01-13 가부시키가이샤 가네카 무기산화물층을 갖는 전기화학소자용 세퍼레이터 및 이의 제조방법
US9859594B2 (en) * 2014-06-11 2018-01-02 Enovate Medical, Llc Asset management for physical assets
FI126659B (fi) 2014-09-24 2017-03-31 Picodeon Ltd Oy Menetelmä Li-akkujen separaattorikalvojen pinnoittamiseksi ja pinnoitettu separaattorikalvo
CN105064007B (zh) * 2015-09-11 2017-05-31 江西师范大学 PI‑SiO2‑PTFE三元纳米复合多曲孔膜材料及其制备方法和应用
CN107522495B (zh) * 2017-02-16 2020-08-14 李军廷 一种使用流延法制备氮化铝电子陶瓷基板的方法和流延法制备陶瓷用溶剂
JP7035702B2 (ja) * 2018-03-28 2022-03-15 Tdk株式会社 リチウムイオン二次電池
US10770715B2 (en) * 2018-06-28 2020-09-08 Tadiran Batteries Ltd. High capacity primary lithium cells and methods of making thereof
CN111211279A (zh) * 2018-11-22 2020-05-29 宁德新能源科技有限公司 隔离膜及锂离子电池
CN110739430B (zh) * 2019-09-29 2022-10-21 深圳中兴新材技术股份有限公司 一种锂离子电池涂层隔膜、制备方法及锂离子电池
CN110660951B (zh) * 2019-10-08 2020-10-20 华南理工大学 一种锂离子电池隔膜
CN114556680B (zh) * 2019-10-31 2024-04-26 日本瑞翁株式会社 锂离子二次电池间隔件用功能层、带有锂离子二次电池间隔件用功能层的间隔件、锂离子二次电池、以及它们的制造方法
US11652240B1 (en) * 2019-12-03 2023-05-16 GRU Energy Lab Inc. Solid-state electrochemical cells comprising coated negative electrodes and methods of fabricating thereof
CN111463482B (zh) * 2020-04-15 2021-07-27 暨南大学 具有形变自适自修复的柔性电解质膜及其制备方法和应用
US20210351443A1 (en) * 2020-05-07 2021-11-11 Camx Power Llc Voltage stabilization of low voltage metal-metal cells
KR20220098896A (ko) * 2021-01-05 2022-07-12 에스케이이노베이션 주식회사 열전도도가 우수한 분리막 및 이를 이용한 전기 화학 소자
WO2022205156A1 (zh) * 2021-03-31 2022-10-06 宁德新能源科技有限公司 一种隔离膜及包含该隔离膜的电化学装置和电子装置
WO2023179248A1 (zh) * 2022-03-25 2023-09-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 隔离膜及其制备方法、电池和用电装置
CN116505196B (zh) * 2023-06-30 2023-09-22 中材锂膜(内蒙古)有限公司 喷涂点内聚合物二次团聚体均匀分布的喷涂涂覆隔膜及其制备方法和电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008053898A1 (en) 2006-10-30 2008-05-08 Asahi Kasei Chemicals Corporation Polyolefin microporous membrane
JP2010164329A (ja) * 2009-01-13 2010-07-29 Hitachi Vehicle Energy Ltd 電池制御装置
JP2011238427A (ja) * 2010-05-10 2011-11-24 Hitachi Maxell Energy Ltd 非水電解質電池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3303694B2 (ja) * 1996-12-17 2002-07-22 三菱電機株式会社 リチウムイオン二次電池及びその製造方法
TW508860B (en) * 2000-08-30 2002-11-01 Mitsui & Amp Co Ltd Paste-like thin electrode for battery, its manufacturing method, and battery
DE10347569A1 (de) * 2003-10-14 2005-06-02 Degussa Ag Keramische, flexible Membran mit verbesserter Haftung der Keramik auf dem Trägervlies
JP2005196999A (ja) 2003-12-26 2005-07-21 Kakogawa Plastic Kk 電池用セパレータおよび電池用セパレータの製造方法
EP1782776A1 (en) * 2004-07-14 2007-05-09 Mycoal Products Corporation Heating element
US11050095B2 (en) 2004-12-08 2021-06-29 Maxell Holdings, Ltd. Separator for electrochemical device, and electrochemical device
KR101281568B1 (ko) 2007-03-15 2013-07-03 히다치 막셀 가부시키가이샤 전기 화학 소자용 세퍼레이터, 전기 화학 소자용 전극 및 전기 화학 소자
US20120176097A1 (en) 2009-09-18 2012-07-12 Hideharu Takezawa Method for charging/discharging positive electrode active material in a lithium secondary battery, charging/discharging system provided with lithium secondary battery and vehicle, electronic device, battery module, battery pack
JP5712629B2 (ja) 2010-01-21 2015-05-07 東レ株式会社 多孔性フィルムおよび蓄電デバイス
JP5768359B2 (ja) 2010-11-17 2015-08-26 ソニー株式会社 耐熱性微多孔膜、電池用セパレータ及びリチウムイオン二次電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008053898A1 (en) 2006-10-30 2008-05-08 Asahi Kasei Chemicals Corporation Polyolefin microporous membrane
JP2010164329A (ja) * 2009-01-13 2010-07-29 Hitachi Vehicle Energy Ltd 電池制御装置
JP2011238427A (ja) * 2010-05-10 2011-11-24 Hitachi Maxell Energy Ltd 非水電解質電池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160118979A (ko) * 2015-04-02 2016-10-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 세퍼레이터 및 그의 제조방법
WO2019164130A1 (ko) * 2018-02-26 2019-08-29 삼성에스디아이주식회사 분리막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬전지
US11502373B2 (en) 2018-03-06 2022-11-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator, method of preparing the same, and lithium battery including the same
WO2023167477A1 (ko) * 2022-03-02 2023-09-07 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬이차전지용 분리막 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP5935872B2 (ja) 2016-06-15
US9496534B2 (en) 2016-11-15
KR101955061B1 (ko) 2019-03-06
US10243189B2 (en) 2019-03-26
US20150171396A1 (en) 2015-06-18
CN104160528B (zh) 2017-06-09
JPWO2013133025A1 (ja) 2015-07-30
CN104160528A (zh) 2014-11-19
WO2013133025A1 (ja) 2013-09-12
US20170069895A1 (en) 2017-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101955061B1 (ko) 세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템
KR102170005B1 (ko) 전지, 전지 팩, 전자기기, 전동차량, 축전장치 및 전력 시스템
KR101979053B1 (ko) 세퍼레이터, 비수 전해질 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템
JP5994354B2 (ja) セパレータおよび非水電解質電池、並びに、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
KR102211545B1 (ko) 세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템
KR101970013B1 (ko) 세퍼레이터 및 비수 전해질 전지, 및 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템
JP5900113B2 (ja) リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用負極、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
JP5915804B2 (ja) 二次電池ならびに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
KR20150131005A (ko) 세퍼레이터, 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템
KR20160072070A (ko) 전지, 전지 팩, 전자 기기, 전동 차량, 축전 장치 및 전력 시스템
WO2018042842A1 (ja) 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
JP6264429B2 (ja) 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
JP5915806B2 (ja) 二次電池ならびに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
JP5903807B2 (ja) セパレータ、非水電解質電池、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
JP2013054972A (ja) セパレータ、非水電解質電池、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
JP6083478B2 (ja) セパレータ、非水電解質電池、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
JP2017111878A (ja) 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

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant