JP5733915B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極活物質としてリチウム化合物を用いた非水電解液型のリチウムイオン二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte type lithium ion secondary battery using a lithium compound as a positive electrode active material.
携帯電話、ノートパソコン、電動工具などの携帯機器、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)などの次世代自動車、太陽光発電や風力発電等の負荷平準化装置など、リチウムイオン二次電池の用途はますます拡大傾向にある。また、リチウムイオン二次電池において、セルの大型化、高容量化、高出力化が進んでいる。従来のリチウムイオン二次電池では、正極材料としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)が主として用いられてきた(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、コバルト原料は資源的に乏しく高価であるといった問題やコバルト酸リチウムの結晶構造に起因する安全性の問題などから、コバルト酸リチウムに代わる新たな正極材料が求められている。また、コバルト酸リチウムを用いた場合よりも高容量化を図ることができるニッケル酸リチウム(LiNiO2)や安価で熱安定性に優れるスピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)などの正極材料の使用が進んでいる。 Lithium ion secondary batteries such as mobile phones, notebook computers, portable tools such as electric tools, next-generation vehicles such as electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV), load leveling devices such as solar power generation and wind power generation Applications are increasingly expanding. In addition, in lithium ion secondary batteries, cell size, capacity, and output are increasing. In a conventional lithium ion secondary battery, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) has been mainly used as a positive electrode material (see, for example, Patent Document 1). However, a new positive electrode material that replaces lithium cobalt oxide has been demanded from the problem that cobalt raw materials are scarce and expensive in terms of resources and the safety problem caused by the crystal structure of lithium cobalt oxide. In addition, positive electrode materials such as lithium nickelate (LiNiO 2 ) that can achieve higher capacity than lithium cobaltate and spinel-type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) that is inexpensive and excellent in thermal stability are also available. Use is progressing.
近年では、更なる高性能化を目指して新規な材料開発が進められている。その中で、低コスト、高い安全性を有するオリビン型リン酸リチウム化合物(LiFePO4やLiMnPO4)が新規な正極活物質として注目されており、それを用いた二次電池が電動工具などで実用化されている。 In recent years, new materials have been developed with the aim of achieving higher performance. Among them, low-cost, high-safety olivine-type lithium phosphate compounds (LiFePO 4 and LiMnPO 4 ) are attracting attention as new positive electrode active materials, and secondary batteries using them are practically used in power tools and the like. It has become.
ところで、正極活物質として上述したリチウム化合物を用いたリチウムイオン二次電池では、電解液に僅かに含まれる酸(主にフッ化水素)により、リチウム化合物が反応して電池の特性劣化を引き起こしてしまうといった問題がある。具体的には、リチウムイオン二次電池において、リチウム塩(例えば、LiPF6と表記されるリチウムヘキサフルオロフォスフェート)を含む電解液が用いられている。しかし、このリチウムヘキサフルオロフォスフェートを製造する際の反応物としてフッ化水素が生成されてしまう。このため、一般に市販されているリチウムヘキサフルオロフォスフェートを用いた電解液では、酸であるフッ化水素が電解液に僅かに含まれている。従って、高出力で特性劣化の少ないリチウムイオン二次電池を実現するためには、電解液に含まれるフッ化水素を除去する対策が必要となる。ところが、電解液中のフッ化水素を除去したとしても、電池の組み立て中に水分が混入したり、長期使用時に容器の封止部分を介して微量の水分が混入したりすると、リチウム塩が加水分解しフッ化水素が新たに生成されてしまう。この結果、フッ化水素とリチウム化合物とが反応して電池の特性劣化が生じてしまう。 By the way, in the lithium ion secondary battery using the lithium compound described above as the positive electrode active material, the acid (mainly hydrogen fluoride) slightly contained in the electrolyte causes the lithium compound to react and cause deterioration of the battery characteristics. There is a problem such as. Specifically, in a lithium ion secondary battery, an electrolytic solution containing a lithium salt (for example, lithium hexafluorophosphate expressed as LiPF 6 ) is used. However, hydrogen fluoride is produced as a reaction product in producing this lithium hexafluorophosphate. For this reason, in the electrolytic solution using lithium hexafluorophosphate which is generally commercially available, hydrogen fluoride which is an acid is slightly contained in the electrolytic solution. Therefore, in order to realize a lithium ion secondary battery with high output and little characteristic deterioration, it is necessary to take measures to remove hydrogen fluoride contained in the electrolytic solution. However, even if the hydrogen fluoride in the electrolyte is removed, the lithium salt will be hydrolyzed if water is mixed during battery assembly or if a small amount of water is mixed through the sealed portion of the container during long-term use. It decomposes and hydrogen fluoride is newly generated. As a result, the hydrogen fluoride and the lithium compound react to cause deterioration of the battery characteristics.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた電池性能を有するリチウムイオン二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of said subject, The objective is to provide the lithium ion secondary battery which has the outstanding battery performance.
上記課題を解決するための手段[1]〜[2]を以下に列挙する。 Means [1] to [ 2 ] for solving the above problems are listed below.
[1]正極活物質としてリチウム化合物を用い、電池内にフッ化水素を除去するフッ化水素除去材を収容するとともに、前記フッ化水素除去材を正極及び負極と絶縁された状態で配置した非水電解液型のリチウムイオン二次電池において、電池内には、前記正極、前記負極及びそれらを隔てるセパレータを含んで構成された巻回構造物が収容されるとともに、前記フッ化水素除去材として、フッ化水素と反応しかつ耐電解液性を有する粒子状の弱塩基性樹脂を用い、前記粒子状の弱塩基性樹脂を収容する収容体として、前記電解液が通過可能であってかつ絶縁性を有するセパレータ材からなる袋状の収容体を用い、前記粒子状の弱塩基性樹脂を収容した状態の前記袋状の収容体を、前記巻回構造物の端面を臨む位置に配置したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 [1] using the lithium compound as a positive electrode active material, accommodates the hydrogen fluoride removal agent to remove the hydrogen fluoride in the battery and the hydrogen fluoride removed material is placed in a state of being insulated from the positive electrode and the negative electrode In the non-aqueous electrolyte type lithium ion secondary battery, the battery contains a winding structure including the positive electrode, the negative electrode, and a separator separating them, and the hydrogen fluoride removing material As a container that contains particulate weak basic resin that reacts with hydrogen fluoride and has resistance to electrolytic solution, the electrolytic solution can pass through and Using a bag-like container made of an insulating separator material, the bag-like container in a state of containing the particulate weakly basic resin is disposed at a position facing the end surface of the wound structure. It is characterized by Lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池では、組み立て時に電池内に充填される電解液中にフッ化水素が含まれる場合や電池内に侵入した微量の水分によって新たにフッ化水素が生成される場合がある。この場合、手段1に記載の発明では、電池内に配置されたフッ化水素除去材によってフッ化水素が除去されるため、フッ化水素が正極活物質と反応して電池性能が劣化するといった問題を回避することができる。また、フッ化水素除去材は、正極及び負極と絶縁された状態で配置されているので、電極活物質とフッ化水素除去材とによって局部電池が形成されることがなく、電池容量の低下を防止することができる。 In a lithium ion secondary battery, hydrogen fluoride may be contained in the electrolyte filled in the battery at the time of assembly, or hydrogen fluoride may be newly generated by a small amount of moisture that has entered the battery. In this case, in the invention described in the means 1 , since hydrogen fluoride is removed by the hydrogen fluoride removing material disposed in the battery, the hydrogen fluoride reacts with the positive electrode active material and the battery performance deteriorates. Can be avoided. Further, since the hydrogen fluoride removing material is disposed in a state insulated from the positive electrode and the negative electrode, a local battery is not formed by the electrode active material and the hydrogen fluoride removing material, and the battery capacity is reduced. Can be prevented.
上記手段1に記載の発明によると、前記フッ化水素除去材は、電解液が通過可能であってかつ絶縁性を有する収容体内に収容された状態で、電池内に配置されているため、フッ化水素除去材が収容体内において正極及び負極と絶縁された状態で配置される。従って、電極活物質とフッ化水素除去材とによって局部電池が形成されることがなく、電池容量の低下を防止することができる。 According to the invention described in the above means 1 , the hydrogen fluoride removing material is disposed in the battery in a state in which the electrolytic solution can pass therethrough and is accommodated in an insulating container. The hydrogen fluoride removing material is disposed in a state of being insulated from the positive electrode and the negative electrode in the container. Therefore, a local battery is not formed by the electrode active material and the hydrogen fluoride removing material, and a reduction in battery capacity can be prevented.
[2]手段1において、前記リチウム化合物は、オリビン型リン酸リチウム化合物であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 [ 2 ] The lithium ion secondary battery according to means 1 , wherein the lithium compound is an olivine type lithium phosphate compound.
手段2に記載の発明によると、正極活物質としてオリビン型リン酸リチウム化合物が用いられるので、リチウムイオン二次電池を低コストで製造することができる。特に、リチウム化合物がリン酸鉄リチウムであると、材料コストを抑えることができる。また、オリビン型リン酸リチウム化合物は、結晶構造が比較的安定であるが、イオン伝導性が低くなる。このため、オリビン型リン酸リチウム化合物を正極活物質として用いる場合には、リチウム化合物の表面を炭素被覆層で覆うことがより好ましい。
According to the invention described in
上記手段1〜2に記載の発明では、前記フッ化水素除去材としては、ポリビニルピリジン樹脂などの弱塩基性樹脂を用いていることから、フッ化水素を中和反応で確実に除去することができる。また、ポリビニルピリジン樹脂などの弱塩基性樹脂は、耐電解液性に優れた材料であるため、電解液中に配置されても溶解することがなく、フッ化水素を確実に除去することができる。
In the inventions described in the
以上詳述したように、手段1乃至2のいずれかに記載の発明によると、優れた電池性能を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。 As described above in detail, according to the invention described in any one of means 1 to 2 , a lithium ion secondary battery having excellent battery performance can be provided.
[第1の実施の形態]
以下、本発明を非水電解液型のリチウムイオン二次電池に具体化した第1の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池10を示す断面図であり、図2はそのリチウムイオン二次電池10を構成する電極構造体11を示す拡大断面図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a non-aqueous electrolyte type lithium ion secondary battery will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lithium ion
図1及び図2に示されるように、リチウムイオン二次電池10は、電極構造体(巻回構造物)11と、リチウム塩(例えば、LiPF6と表記されるリチウムヘキサフルオロフォスフェート)を含んだ電解液とともに電極構造体11を収納する金属製の電池缶12とを備える。電極構造体11は、正極21と、負極31と、正極21と負極31との間に介在されるセパレータ41とを備え、正極21、セパレータ41及び負極31を重ね合わせた状態でロール状に巻回してなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion
電池缶12は、有底円筒状に形成され、負極端子として機能する負極缶である。電池缶12の開口部は、正極端子板13、導電隔壁板14、導電固定板15、及び樹脂ガスケット16からなる封口体17によって封口されている。
The battery can 12 is a negative electrode can that is formed in a bottomed cylindrical shape and functions as a negative electrode terminal. The opening of the battery can 12 is sealed by a sealing
正極21は、正極活物質としてのリン酸鉄リチウムを含む材料からなる正極材22を正極集電体23上に形成した構造を有している。正極集電体23は、正極材22を支持しつつ集電を行うための電極シートであって、例えばアルミニウムからなる長い帯状の導電性金属箔を用いて形成されている。正極集電体23は、導電リード18を介して導電固定板15に接続されている。
The
負極31は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料(黒鉛などの炭素材料)からなる負極材32を負極集電体33上に形成した構造を有している。負極集電体33は、負極材32を支持しつつ集電を行うための電極シートであって、例えば銅からなる長い帯状の導電性金属箔を用いて形成されている。負極集電体33は、導電リード19を介して電池缶12に接続されている。
The
セパレータ41は、電解液や電極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する非導電性の多孔体等からなる。通常、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等、セルロース等からなる不織布あるいは多孔体が用いられる。本実施の形態のセパレータ41は、2枚のセパレータ材42の間に、ポリビニルピリジン樹脂43を挟みこんだ3層構造を有している。本実施の形態において、ポリビニルピリジン樹脂43は、フッ化水素除去材として機能する粒状物であり、2枚のセパレータ材42の間に配置されることで正極21及び負極31と絶縁された状態となっている。
The
次に、本実施の形態のリチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the lithium ion
先ず、正極活物質として、炭素被覆層101を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO4)の粒子100(図3参照)の粉末材料を以下の手法で作製する。すなわち、シュウ酸鉄二水和物(FeC2O4・2H2O)、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)及び炭酸リチウム(Li2CO3)を所定のモル比となるよう計り取り、それらを混合する。その後、2−プロパノールを溶媒としてボールミルで10時間粉砕混合する。次に、この混合物を真空乾燥することで溶媒である2−プロパノールを除去し、活物質の前駆体を得る。
First, as a positive electrode active material, a powder material of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) particles 100 (see FIG. 3) having a
そして、得られた前駆体をアルミナ製の香鉢に入れ、環状焼成炉にて、アルゴン流通下(0.5リットル/分の流通量)で300℃、5時間の仮焼成を行った。その後、アルゴン流通下(0.5リットル/分の流通量)で650℃、20時間の焼成を行うことで、炭素被覆層101を有するリン酸鉄リチウムの粉末を作製した。なお、ここで得られるリン酸鉄リチウムの粒子100は、図3に示されるように、粒子表面がFe2Pを主とするリン化合物102で覆われ、そのリン化合物102の表面に部分的に炭素被覆層101が形成されている。このように、粒子100において部分的に炭素被覆層101を形成することにより、リチウムイオンが出入りする経路が確保される。また、隣接する粒子100間にて炭素被覆層101が接触することにより、電気伝導の経路が形成される。
Then, the obtained precursor was put into an alumina casserole, and pre-baked at 300 ° C. for 5 hours in an annular baking furnace under argon flow (flow rate of 0.5 liter / min). Then, the powder of lithium iron phosphate which had the
次に、上記リン酸鉄リチウムの粉末を正極活物質として用い、以下のようにシート状の正極21を作製する。先ず、正極活物質と導電剤としてのアセチレンブラックとバインダーとしてのポリフッ化ビニリデンとについて所定の重量比(正極活物質:導電剤:バインダー=90:5:5)で計量したものにN−メチルピロリドンの溶剤を加え、ディスパー付き遊星攪拌ミキサーで30分間混合しスラリー化した。そして、得られたスラリーを正極集電体23としてのアルミニウム箔上に塗布した後、乾燥する。その後、圧延ローラを用いて圧延し、さらに導電リード18を取り付けることで、正極集電体23上に正極材22(正極活物質含有層)が形成された正極21を作製する。
Next, using the lithium iron phosphate powder as a positive electrode active material, a sheet-like
次いで、以下のようにシート状の負極31を作製する。先ず、負極活物質としての黒鉛とバインダー(結着剤)としてのポリフッ化ビニリデンを混合しN−メチルピロリドンを加えてスラリー化した。なおこのときの混合比率は、負極活物質と結着剤と増粘剤との重量比で95:3:2として、スラリーを作製した。そして、得られたスラリーを負極集電体33としての銅箔上に塗布した後、乾燥する。その後、圧延ローラを用いて圧延し、さらに導電リード19を取り付けることで、負極集電体33上に負極材32(負極活物質含有層)が形成された負極31を作製する。
Subsequently, the sheet-like
さらに、セパレータ原紙を所定サイズに切断することでシート状のセパレータ材42を用意するとともに、粒状物のポリビニルピリジン樹脂43を用意する。そして、2枚のセパレータ材42の間にポリビニルピリジン樹脂43を均一に塗布した状態で、熱融着等の手法を用いて2枚のセパレータ材42の外縁部分を接着する。この結果、セパレータ材42の間にポリビニルピリジン樹脂43を挟みこんだ3層構造のセパレータ41を作製する。
Further, the separator base paper is cut into a predetermined size to prepare a sheet-
電解液は以下のように調製される。具体的には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比として3:7の割合で混合した溶媒に、1モル/リットルのリチウム塩(LiPF6)を溶解させ、さらにビニレンカーボネートを加えて電解液を調製した。 The electrolytic solution is prepared as follows. Specifically, 1 mol / liter of lithium salt (LiPF 6 ) is dissolved in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 3: 7, and vinylene carbonate is added to the electrolyte solution. Was prepared.
そして、正極21、負極31、セパレータ41及び電解液を用いてリチウムイオン二次電池10を以下のように作製した。
And the lithium ion
先ず、得られたシート状の正極21及び負極31の電極体を真空中にて80℃で20時間乾燥させる。そして、正極21と負極31とをセパレータ41を介してロール状に巻回して電極構造体11を作製する。次いで、電極構造体11を電池缶12内に挿入し、各導電リード18,19を導電固定板15及び電池缶12にそれぞれ接続する。その後、電池缶12内に電解液を所定量注入しその電池缶12の開口部を封口体17によって封口する。以上の工程によって、図1のリチウムイオン二次電池10が製造される。
First, the obtained electrode bodies of the sheet-like
次に、リチウムイオン二次電池10の作用を説明する。
Next, the operation of the lithium ion
電池の組み立て中に電池缶12内に水分が混入したり、長期間の使用時に電池缶12の封口部分を介して微量の水分が混入したりすると、リチウム塩が加水分解しフッ化水素が生成される。ここで、リチウム塩の加水分解は、以下の反応式(1)〜(3)に従って起こる。
なお、上記の反応式(1)〜(3)をまとめると、リチウム塩の加水分解は、反応式(4)のように表される。
このように、電解液中において、フッ化水素が新たに生成される場合、そのフッ化水素は、反応式(5)に示されるように、セパレータ41内に配設されているポリビニルピリジン樹脂43と反応する。この結果、ポリビニルビリジニウムポリ(フッ化水素)が生成され、電解液中のフッ化水素が除去される。
このように、電解液中のフッ化水素が除去されるため、正極材22において、リン酸鉄リチウムの粒子100と炭素被覆層101との間に介在するリン化合物102がフッ化水素と反応して溶解することがなく、粒子表面にて炭素被覆層101が保持される。
As described above, since hydrogen fluoride in the electrolytic solution is removed, in the
また、本発明者らは、上述したリチウムイオン二次電池10(実施例1)とは別の実施の形態として、図4に示すようなリチウムイオン二次電池10A(実施例2)を作製した。図4のリチウムイオン二次電池10Aでは、電池缶12において、電極構造体11と封口体17との間(図4では電極構造体11の収容スペースの上部)に余剰スペースが設けられている。そして、その余剰スペースに、粒状物のポリビニルピリジン樹脂43を収容した袋状の収容体45が配置されている。この場合、円筒状をなす電極構造体11の端面を臨む位置に、ポリビニルピリジン樹脂43の収容体45が配置されることとなる。この収容体45は、電解液が流通可能であってかつ絶縁性を有する材料からなる。具体的には、セパレータ41と同じ材料を用いて袋状に形成されている。また、このリチウムイオン二次電池10Aにおいて、電極構造体11を構成するセパレータ41は、ポリビニルピリジン樹脂43を含んでいない1枚のセパレータ材42を用いて形成されている。なお、リチウムイオン二次電池10Aにおける他の構成は、実施例1のリチウムイオン二次電池10と同じである。
Further, the present inventors produced a lithium ion
さらに、本発明者らは、上記のように調整した電解液1gに対して100mgの割合でポリビニルピリジン樹脂43の粒状物を添加して24時間放置した電解液を用いてリチウムイオン二次電池(比較例1)を作製した。この比較例1のリチウムイオン二次電池では、セパレータ41としてポリビニルピリジン樹脂43を含んでいないセパレータを用い、他の構成は実施例1のリチウムイオン二次電池10と同じである。
Furthermore, the present inventors added a granular material of
そして、実施例1,2及び比較例1の各リチウムイオン二次電池10,10Aについて特性評価を行った。具体的には、45℃の試験温度において、1Cの定電流で電池電圧が4.0Vに達するまでの充電と、1Cの定電流で電池電圧が2.0Vに達するまでの放電とからなる充放電サイクルを1000回繰り返す。その後、実施例1,2及び比較例1の各電池10の放電容量及び内部抵抗の変化率を測定した。その測定結果を表1に示している。なお、表1においては、試験開始前の初期状態の放電容量及び内部抵抗を100%として、充放電試験後の放電容量の変化率(維持率)及び内部抵抗の変化率をそれぞれ記載している。
表1に示されるように、電池内において正極21及び負極31と絶縁された状態でポリビニルピリジン樹脂43を配置した実施例1及び実施例2のリチウムイオン二次電池10,10Aでは、比較例のリチウムイオン二次電池と比較して、高い放電容量を維持することができ、内部抵抗も低く抑えることができた。具体的には、比較例1のリチウムイオン二次電池では、電解液中にポリビニルピリジン樹脂43が添加されており、その添加されたポリビニルピリジン樹脂43の一部は正極21及び負極31と接触した状態となっている。この場合、そのポリビニルピリジン樹脂43と正極21及び負極31の活物質とで局部電池が形成されるため、電池全体として放電容量が低下してしまう。これに対して、実施例1及び実施例2のリチウムイオン二次電池10,10Aでは、ポリビニルピリジン樹脂43が電極と絶縁されているため、活物質との反応が防止され、放電容量の低下を低く抑えることができる。
As shown in Table 1, in the lithium ion
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施の形態のリチウムイオン二次電池10,10Aでは、正極活物質としてリン酸鉄リチウムが用いられているので、材料コストを抑えることができる。また、実施例1のリチウムイオン二次電池10では、正極21と負極31とを隔てるセパレータ41にポリビニルピリジン樹脂43が設けられている。さらに、実施例2のリチウムイオン二次電池10では、電池内において、電極構造体11の収容スペース以外の余剰スペースに、ポリビニルピリジン樹脂43を収容した収容体45が配置されている。このように、リチウムイオン二次電池10内にポリビニルピリジン樹脂を設ける場合、リチウム塩の加水分解によって生成されたフッ化水素がポリビニルピリジン樹脂43によって除去される。このため、リン酸鉄リチウムの粒子100と炭素被覆層101との間に介在するリン化合物102がフッ化水素と反応して溶解することがなく、炭素被覆層101が粒子表面から剥離するといった問題を回避することができる。この結果、正極材22におけるイオン伝導性が良好に維持されるため、正極材22の活物質が有効に利用され、良好な電池性能を維持することができる。
(1) Since lithium iron phosphate is used as the positive electrode active material in the lithium ion
(2)実施例1のリチウムイオン二次電池10では、ポリビニルピリジン樹脂43は、セパレータ41を構成する2枚のセパレータ材42の内側に挟み込まれた状態で配置されており、正極21及び負極31と非接触の状態となっている。また、実施例2のリチウムイオン二次電池10Aでも、絶縁性を有する収容体45の内部にポリビニルピリジン樹脂43が収容されており、ポリビニルピリジン樹脂43と正極21及び負極31とが非接触の状態となっている。このように構成すると、電極活物質とポリビニルピリジン樹脂43とによって局部電池が形成されることがなく、電池の放電容量の低下を防止することができる。
(2) In the lithium ion
(3)実施例2のリチウムイオン二次電池10Aでは、ポリビニルピリジン樹脂43を収容した収容体45は、電池缶12の開口部の近傍に配置されている。この場合、電解液の注入時にてその電解液に含まれるフッ化水素を効率よく除去することができる。また、電池缶12の封口部分から侵入した水分等によって生成されたフッ化水素も効率よく除去することができる。
(3) In the lithium ion
(4)本実施の形態のリチウムイオン二次電池10,10Aにおいて、ポリビニルピリジン樹脂43は、粒状物でありその表面積が大きい。また、ポリビニルピリジン樹脂43は、耐電解液性を有するため、電解液に溶けることがなくその形状を保持することができる。従って、粒状物のポリビニルピリジン樹脂43によって、電解液中に含まれるフッ化水素を効率よく除去することができる。
[第2の実施の形態]
(4) In the lithium ion
[Second Embodiment]
以下、本発明を具体化した第2の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図5は本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池10Bを示す側面図であり、図6はそのリチウムイオン二次電池10Bの平面図である。また、図7は、上記リチウムイオン二次電池10Bを構成する電極構造体11Aを示す断面図である。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is a side view showing a lithium ion
図5〜図7に示されるように、リチウムイオン二次電池10Bは、シート状に成形された正極21と負極31とがセパレータ41を介して交互に積み重ねられた構造を有する電極構造体11A(積層構造物)を備えている。リチウムイオン二次電池10Bにおいて、電極構造体11Aは、リチウム塩(LiPF6)を含んだ電解液とともにケース51内に密封封止されている。
As shown in FIGS. 5 to 7, the lithium ion
正極21は、正極活物質としてのリン酸鉄リチウムを含む材料からなる正極材22を正極集電体23上に形成した構造を有している。正極集電体23は、例えばアルミニウムからなる導電性金属箔を用いて形成されている。正極集電体23は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブ24が突出している。正極集電体23のタブ24は、溶接等により正極用外部端子25に接続されている。
The
負極31は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料(黒鉛などの炭素材料)からなる負極材32を負極集電体33上に形成した構造を有している。負極集電体33は、例えば銅からなる導電性金属箔を用いて形成されている。負極集電体33は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブ34が引き出されている。負極集電体33のタブ34は、溶接等により負極用外部端子35に接続されている。
The
本実施の形態のセパレータ41も、2枚のセパレータ材42の間に、ポリビニルピリジン樹脂43を挟みこんだ3層構造を有している。ポリビニルピリジン樹脂43は、フッ化水素除去材として機能する粒状物であり、2枚のセパレータ材42の間に配置されることで正極21及び負極31と絶縁された状態となっている。
The
図5及び図6に示されるように、リチウムイオン二次電池10Bのケース51は、アルミ箔を樹脂フィルムにラミネートしてなるアルミニウム・ラミネートフィルムを用いて矩形袋状に加工したソフト容器である。ケース51における外周部は、熱融着によって封止されている。熱融着による封止は、融着部に正極用外部端子25及び負極用外部端子35を挟み込んだ状態で行われる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
このようにしてケース51内に電極構造体11Aを収容した場合、ケース51における一方の端部(図5では左側の端部)から正極用外部端子25が引き出され、他方の端部(図5では右側の端部)から負極用外部端子35が引き出される。なお、アルミ箔以外の他の金属箔からなる金属ラミネートフィルム材を用いて、ケース51を形成してもよい。
When the
本実施の形態のリチウムイオン二次電池10Bにおいても、電池の組み立て中にケース51内に水分が混入したり、長期使用時にケース51の封止部分を介して微量の水分が混入したりすると、リチウム塩が加水分解しフッ化水素が生成される。そのフッ化水素は、反応式(5)に示されるように、セパレータ41内に配設されているポリビニルピリジン樹脂43と反応して、電解液中のフッ化水素が除去される。
Also in the lithium ion
従って、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、リン酸鉄リチウムの粒子100と炭素被覆層101との間に介在するリン化合物102がフッ化水素と反応して溶解することがなく、炭素被覆層101が粒子表面から剥離するといった問題を回避することができる。この結果、正極材22におけるイオン伝導性が良好に維持されるため、正極材22の活物質が有効に利用され、良好な電池性能を維持することができる。また、ポリビニルピリジン樹脂43は、正極21及び負極31と非接触の状態となっているため、電極活物質とポリビニルピリジン樹脂43とによって局部電池が形成されることがなく、電池の放電容量の低下を防止することができる。
Therefore, also in the present embodiment, as in the first embodiment, the
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change each embodiment of this invention as follows.
・上記実施の形態では、リン酸鉄リチウムを正極活物質として用いたが、これに限定されるものではなく、例えばリン酸マンガンリチウムなどのオリビン型リン酸リチウム化合物を用いてもよい。さらに、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどのリチウム化合物を正極活物質として用いてもよい。 -In the said embodiment, although lithium iron phosphate was used as a positive electrode active material, it is not limited to this, For example, you may use olivine type lithium phosphate compounds, such as manganese phosphate lithium. Furthermore, lithium compounds such as lithium cobaltate and lithium nickelate may be used as the positive electrode active material.
・上記各実施の形態では、セパレータ41の中にポリビニルピリジン樹脂43の粒状物を挟み込む構成としたが、板状に形成したポリビニルピリジン樹脂43を挟み込むようにしてもよい。さらに、ポリビニルピリジン樹脂43を板状に形成した場合、電池缶12やケース51における底面や側面などの部位にそのポリビニルピリジン樹脂43を設置してもよい。
In each of the above embodiments, the granular material of the
・上記各実施の形態では、フッ化水素除去材としてポリビニルピリジン樹脂43を使用していたが、これに限定されるものではなく、フッ化水素と反応しかつ耐電解液性を有する他の弱塩基性樹脂を主体とするものであればよい。例えば、フッ化水素除去材として、スチレン樹脂のクロロメチル化に続くジメチルアミンなどのような第二級アミンの反応に基づく樹脂(S型弱塩基樹脂)や、ポリアルキレンアミン型の弱塩基官能基を有するフェノールホルムアルデヒドポリマーを主成分とする樹脂(P型弱塩基樹脂)を挙げることができる。また、エピクロロヒドリンとポリアルキレンアミンの反応によって生じる樹脂(E型弱塩基樹脂)や、エステル結合またはアミド結合によってポリマー構造に結合したアミン官能基(すなわち、モノアミン、ジアミンまたはポリアミン)を有するポリアクリレートを主成分とする樹脂(A型弱塩基樹脂)を、フッ化水素除去材として用いてもよい。
In each of the above embodiments, the
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the respective embodiments described above are listed below.
(1)手段5において、前記オリビン型リン酸リチウム化合物がリン酸鉄リチウムであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 (1) A lithium ion secondary battery according to means 5, wherein the olivine type lithium phosphate compound is lithium iron phosphate.
(2)手段5において、前記オリビン型リン酸リチウム化合物が炭素被覆層によって覆われていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 (2) The lithium ion secondary battery according to means 5, wherein the olivine type lithium phosphate compound is covered with a carbon coating layer.
(3)手段1乃至5のいずれかにおいて、前記フッ化水素除去材がポリビニルピリジン樹脂であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 (3) The lithium ion secondary battery according to any one of means 1 to 5, wherein the hydrogen fluoride removing material is a polyvinyl pyridine resin.
(4)手段1乃至5のいずれかにおいて、前記セパレータは、2枚のセパレータ材の間に前記フッ化水素除去材を挟み込んだ状態で形成されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 (4) The lithium ion secondary battery according to any one of means 1 to 5, wherein the separator is formed in a state where the hydrogen fluoride removing material is sandwiched between two separator materials.
(5)手段1乃至5のいずれかにおいて、前記フッ化水素除去材が耐電解液性を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。 (5) The lithium ion secondary battery according to any one of means 1 to 5, wherein the hydrogen fluoride removing material has resistance to an electrolytic solution.
(6)手段4において、前記巻回構造物の端面を臨む位置に前記フッ化水素除去材が配置されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 (6) The lithium ion secondary battery characterized in that, in the means 4, the hydrogen fluoride removing material is disposed at a position facing the end face of the wound structure.
10,10A,10B…リチウムイオン二次電池
11…巻回構造物としての電極構造体
11A…積層構造物としての電極構造体
21…正極
31…負極
41…セパレータ
43…フッ化水素除去材としてのポリビニルピリジン樹脂
45…収容体
100…リチウム化合物としてのリン酸鉄リチウムの粒子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
電池内には、前記正極、前記負極及びそれらを隔てるセパレータを含んで構成された巻回構造物が収容されるとともに、
前記フッ化水素除去材として、フッ化水素と反応しかつ耐電解液性を有する粒子状の弱塩基性樹脂を用い、
前記粒子状の弱塩基性樹脂を収容する収容体として、前記電解液が通過可能であってかつ絶縁性を有するセパレータ材からなる袋状の収容体を用い、
前記粒子状の弱塩基性樹脂を収容した状態の前記袋状の収容体を、前記巻回構造物の端面を臨む位置に配置した
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A non-aqueous electrolyte in which a lithium compound is used as a positive electrode active material, a hydrogen fluoride removing material for removing hydrogen fluoride is accommodated in the battery, and the hydrogen fluoride removing material is insulated from the positive electrode and the negative electrode Type lithium ion secondary battery,
The battery contains a winding structure configured to include the positive electrode, the negative electrode, and a separator separating them,
As the hydrogen fluoride removing material, a particulate weak basic resin that reacts with hydrogen fluoride and has resistance to electrolytic solution is used.
As a container for containing the particulate weak basic resin, a bag-shaped container made of a separator material through which the electrolytic solution can pass and having an insulating property is used.
A lithium ion secondary battery, wherein the bag-shaped container in a state where the particulate weakly basic resin is accommodated is disposed at a position facing an end surface of the wound structure.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| KR101445602B1 (en) * | 2012-04-13 | 2014-10-06 | 주식회사 엘지화학 | Secondary Battery Having Improved Safety |
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| CN103468207A (en) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 深圳市旭冉电子有限公司 | Abrasive and coating slurry of lithium-ion power battery diaphragm and preparation methods thereof |
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Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6001325A (en) * | 1996-11-26 | 1999-12-14 | Fmc Corporation | Process for removing acids from lithium salt solutions |
| GB9828045D0 (en) * | 1998-12-18 | 1999-02-17 | Danionics As | Hydrofluoric acid scavenger |
| JP2003123836A (en) * | 2001-10-11 | 2003-04-25 | Ngk Insulators Ltd | Lithium secondary battery |
| JP2006228601A (en) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Sony Corp | battery |
| JP4916263B2 (en) * | 2006-09-19 | 2012-04-11 | ダイハツ工業株式会社 | Power storage device |
| JP5042754B2 (en) * | 2006-09-19 | 2012-10-03 | ダイハツ工業株式会社 | Electrochemical capacitor |
| JP5230217B2 (en) * | 2007-02-21 | 2013-07-10 | リケンテクノス株式会社 | Lithium secondary battery using laminate exterior material |
| JP5226332B2 (en) * | 2007-02-21 | 2013-07-03 | リケンテクノス株式会社 | Lithium secondary battery using laminate exterior material |
| JP2008262859A (en) * | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Toyota Central R&D Labs Inc | Non-aqueous electrolyte and lithium ion secondary battery |
| JP2010027736A (en) * | 2008-07-16 | 2010-02-04 | Daihatsu Motor Co Ltd | Electrochemical capacitor |
| JP2011066324A (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Daihatsu Motor Co Ltd | Electrochemical cell |
-
2010
- 2010-06-24 JP JP2010144336A patent/JP5733915B2/en active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106684445A (en) * | 2016-07-14 | 2017-05-17 | 四川美亚达光电科技有限公司 | Electrolyte capable of improving performance of lithium manganate lithium ion battery |
| CN106684445B (en) * | 2016-07-14 | 2019-05-31 | 四川美亚达光电科技有限公司 | A kind of electrolyte improving lithium manganate lithium ion battery performance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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