JP6276494B2 - Batteries and battery packs, electronic devices, electric vehicles, power storage devices, and power systems - Google Patents
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Description
本技術は、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に関する。 The present technology relates to a battery, a battery pack, an electronic device, an electric vehicle, a power storage device, and a power system.
近年、カメラ一体型VTR(Video Tape Recorder)、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および薄型化、ならびに長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として用いられる二次電池についても、軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。 In recent years, portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Video Tape Recorder), a mobile phone, or a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, thinning, and long life. Along with this, development of secondary batteries that are lightweight and capable of obtaining a high energy density is also being promoted for secondary batteries used as power sources.
なかでも、負極活物質として炭素材料、正極活物質としてリチウム遷移金属酸化物、電解液として炭酸エステル混合物を使用し、充放電反応にリチウム(Li)の吸蔵および放出を利用する二次電池(いわゆるリチウムイオン二次電池)が広く用いられている。リチウムイオン二次電池は、従来の非水系電解液二次電池である鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、広く実用されている。なかでも、軽量化および薄型化のために、ラミネートフィルムで電極体が外装されたラミネートフィルム型電池が広く用いられている。 Among them, a secondary battery using a carbon material as a negative electrode active material, a lithium transition metal oxide as a positive electrode active material, and a carbonate ester mixture as an electrolytic solution, and using lithium (Li) occlusion and release for charge / discharge reactions (so-called Lithium ion secondary batteries) are widely used. Lithium ion secondary batteries are widely used because they have higher energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries, which are conventional nonaqueous electrolyte secondary batteries. Among them, a laminate film type battery in which an electrode body is sheathed with a laminate film is widely used for weight reduction and thickness reduction.
また、近年、特許文献1に示すような、負極活物質としてスピネル構造のチタン含有リチウム遷移金属酸化物、特にチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)が注目されている。チタン酸リチウムは黒鉛より電位が高く、金属リチウムが析出しにくいため、金属リチウムによる電解液の分解が原因となる抵抗上昇を抑制することができるとの提案がなされている。
In recent years, a spinel-structured titanium-containing lithium transition metal oxide, particularly lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) has attracted attention as a negative electrode active material as disclosed in
しかしながら、特許文献1に示すようなチタン酸リチウムを用いた負極は、反応性に乏しいため、充電初期において電解液の分解による保護被膜が形成されにくい。このため、特に高温保存時において、負極近傍で電解液が継続的に分解されてしまい、電池内部でガスが発生するという問題があった。
However, since the negative electrode using lithium titanate as shown in
本技術は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温環境下における電解液の分解を抑制することが可能な電池を提供することにある。また、本技術の目的とするところは、このような電池を用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。 The present technology has been made in view of such problems of the conventional technology, and an object of the present technology is to provide a battery capable of suppressing decomposition of an electrolytic solution in a high temperature environment. . In addition, an object of the present technology is to provide a battery pack, an electronic device, an electric vehicle, a power storage device, and a power system using such a battery.
上述の問題点を解消するために、本技術の電池は、正極活物質を含む正極と、
満充電時の電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極活物質を含む負極と、
溶媒と、電解質塩と、対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して上記負極上に被膜を形成する添加剤を含む電解液と
を備え、
上記負極活物質は、式(1−1)〜式(1−3)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物、表面が炭素材料で被覆されたLi4Ti5O12、および、表面が炭素材料で被覆された式(1−1)〜式(1−3)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一種からなるスピネル構造を有するチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物を含み、
上記添加剤が、式(A)で表される環状カルボン酸無水物のうちの少なくとも1種を含み、
上記環状カルボン酸無水物が、上記電解液中に0.1質量%以上1.0質量%以下含有されることを特徴とする。
式(1−1)
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4
(式中、M1はマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)およびストロンチウム(Sr)の2価イオンのうちの少なくとも一種であり、0≦x<1/3である。)
式(1−2)
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4
(式中、M2はアルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)およびイットリウム(Y)の3価イオンのうちの少なくとも一種であり、0≦y<1/3である。)
式(1−3)
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4
(式中、M3はバナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)およびニオブ(Nb)の4価イオンのうちの少なくとも一種であり、0<z≦2/3である。)
A negative electrode containing a negative electrode active material having a potential at full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a counter electrode lithium potential;
A solvent, an electrolyte salt, and an electrolytic solution containing an additive that decomposes in a range of 1.6 V to 2.5 V at a counter lithium potential to form a film on the negative electrode,
The negative electrode active material includes a titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by formulas (1-1) to (1-3), Li 4 Ti 5 O 12 whose surface is coated with a carbon material, and a surface that is carbon. Including a titanium-containing lithium transition metal composite oxide having a spinel structure composed of at least one of the titanium-containing lithium transition metal composite oxides represented by formula (1-1) to formula (1-3) coated with a material;
The additive is seen contains at least one kind of cyclic carboxylic acid anhydride represented by the formula (A), and
The cyclic carboxylic acid anhydride is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.1% by mass to 1.0% by mass .
Formula (1-1)
Li [Li x M1 (1-3x) / 2 Ti (3 + x) / 2 ] O 4
(In the formula, M1 is at least one of divalent ions of magnesium (Mg), calcium (Ca), copper (Cu), zinc (Zn) and strontium (Sr)), and 0 ≦ x <1/3. is there.)
Formula (1-2)
Li [Li y M2 1-3y Ti 1 + 2y ] O 4
(Wherein M2 is at least one of trivalent ions of aluminum (Al), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), gallium (Ga) and yttrium (Y)). Yes, 0 ≦ y <1/3.)
Formula (1-3)
Li [Li 1/3 M3 z Ti (5/3) -z ] O 4
(In the formula, M3 is at least one of tetravalent ions of vanadium (V), zirconium (Zr), and niobium (Nb), and 0 <z ≦ 2/3.)
本技術の電池は、負極活物質が、スピネル構造を有するチタン含有リチウム遷移金属酸化物を含むことが好ましい。 In the battery of the present technology, the negative electrode active material preferably includes a titanium-containing lithium transition metal oxide having a spinel structure.
本技術の電池は、添加剤が、環状カルボン酸無水物を含むことが好ましい。 In the battery of the present technology, the additive preferably includes a cyclic carboxylic acid anhydride.
本技術の電池では、対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して上記負極上に被膜を形成する添加剤に由来する保護被膜が負極に形成され、高温環境下における電解液の連続的な分解を抑制することができる。 In the battery of the present technology, a protective coating derived from an additive that decomposes in the range of 1.6 V or more and 2.5 V or less at the counter electrode lithium potential to form a coating on the negative electrode is formed on the negative electrode. Continuous decomposition of the liquid can be suppressed.
本技術によれば、高温環境下における電池内部でのガス発生を抑制することができる。 According to the present technology, gas generation inside the battery in a high temperature environment can be suppressed.
以下、本技術を実施するための最良の形態(以下、実施の形態とする)について説明する。なお、説明は以下のように行う。
1.第1の実施の形態(本技術の電解質を用いたラミネートフィルム型電池の第1の例)
2.第2の実施の形態(本技術の電解質を用いたラミネートフィルム型電池の第2の例)
3.第3の実施の形態(本技術の電解質を用いた角型電池の例)
4.第4の実施の形態(本技術の電解質を用いた円筒型電池の例)
5.第5の実施の形態(本技術の電解質を用いた電池パックの例)
6.第6の実施の形態(電池を用いた蓄電システムなどの例)
The best mode for carrying out the present technology (hereinafter referred to as an embodiment) will be described below. The description will be made as follows.
1. First embodiment (first example of a laminate film type battery using an electrolyte of the present technology)
2. Second embodiment (second example of a laminate film type battery using the electrolyte of the present technology)
3. Third embodiment (an example of a prismatic battery using the electrolyte of the present technology)
4). Fourth embodiment (example of cylindrical battery using electrolyte of the present technology)
5. Fifth embodiment (example of battery pack using electrolyte of the present technology)
6). Sixth embodiment (an example of a power storage system using a battery)
1.第1の実施の形態
第1の実施の形態では、本技術の電池の第1の例について説明する。
1. 1st Embodiment In 1st Embodiment, the 1st example of the battery of this technique is described.
(1−1)電池の構成
本技術の電池の第1の例は、正極および負極を備える電極体が、例えばラミネートフィルムからなる外装部材で外装されたいわゆるラミネートフィルム型電池である。本技術のラミネートフィルム型電池は、負極活物質として満充電時における電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の材料を用い、電解液に対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して負極上に被膜を形成する添加剤を混合したものである。
(1-1) Configuration of Battery A first example of the battery of the present technology is a so-called laminate film type battery in which an electrode body including a positive electrode and a negative electrode is packaged with an exterior member made of, for example, a laminate film. The laminate film type battery of the present technology uses a material having a potential at the time of full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a negative electrode active material as a negative electrode active material, and 1.6 V or more and 2.5 V as a counter electrode lithium potential in an electrolyte An additive that decomposes in the following range to form a film on the negative electrode is mixed.
以下、第1の実施の形態にかかるラミネートフィルム型電池の電池構成について説明する。上述の満充電時における電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極活物質については、負極の構成の説明時に説明する。対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して負極上に被膜を形成する添加剤については、電解液の構成の説明時に説明する。 Hereinafter, the battery configuration of the laminate film type battery according to the first embodiment will be described. The negative electrode active material having a potential at the time of full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a counter electrode lithium potential will be described when the configuration of the negative electrode is described. The additive that decomposes in the range of 1.6 V to 2.5 V at the counter lithium potential and forms a film on the negative electrode will be described when explaining the configuration of the electrolytic solution.
[電池構成]
図1A〜図1Cは、第1の実施の形態にかかるラミネートフィルム型電池1の構成を示す図である。ラミネートフィルム型電池1は、正極11および負極12が積層された積層電極体10を収容したものである。図1Aは、本技術の第1の実施の形態にかかるラミネートフィルム型電池1の一主面側からの外観斜視図であり、図1Bはラミネートフィルム型電池1の他方の主面側からの分解斜視図であり、図1Cは、ラミネートフィルム型電池1の他方の主面側からの外観斜視図である。図2は、図1Bに示した積層電極体10のI−I線に沿った積層構造を拡大した断面図である。
[Battery configuration]
Drawing 1A-Drawing 1C are figures showing the composition of lamination
この電池は、ラミネートフィルムからなる外装部材5に、正極リード2および負極リード3が取り付けられた積層電極体10が外装されたものである。図1Bに示すように、ラミネートフィルム型電池1に収容される積層電極体10は、セパレータ13を介して矩形状の正極11と矩形状の負極12とが積層されたものであり、その最外周部は、保護テープなどからなる固定部材14によって保護されている。
In this battery, a
正極リード2および負極リード3は、外装部材5で外装されたラミネートフィルム型電池1の内部から外部に導出されている。正極リード2は、例えばアルミニウムなどの金属材料によって構成されており、負極リード3は、例えば銅、ニッケルまたはステンレスなどの金属材料によって構成されている。これらの金属材料は、例えば、薄板状または網目状になっている。
The
[正極]
正極11は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体11Aの両面に正極活物質層11Bが設けられた構造を有している。正極集電体11Aは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。図3Aに示すように、正極集電体11Aからは、正極リード2と接続される正極タブ11Cが連続して延出されている。積層された複数の正極11から延出された複数枚の正極タブ11Cは、互いに固着され、正極集電体11Aが接続される。なお、図3Aでは、正極タブ11Cの構成を明確にするため、正極活物質層11Bを一部形成しない状態で示しているが、実際には、正極タブ11C部分以外は正極活物質層11Bが形成される。
[Positive electrode]
The
正極活物質層11Bは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 11B includes, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. The positive electrode active material includes one or more of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium, and includes other materials such as a binder and a conductive agent as necessary. You may go out.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素(O)とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、(化I)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩、(化II)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、(化III)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩、(化IV)、(化V)もしくは(化VI)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、または(化VII)に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物などが挙げられ、具体的には、LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2、LiaCoO2(a≒1)、LibNiO2(b≒1)、Lic1Nic2Co1-c2O2(c1≒1,0<c2<1)、LidMn2O4(d≒1)またはLieFePO4(e≒1)などがある。 As the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium-containing compounds such as lithium oxide, lithium phosphorus oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium are suitable, and two or more of these are used. May be used in combination. In order to increase the energy density, a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen (O) is preferable. Examples of such a lithium-containing compound include a lithium composite phosphate having an olivine type structure shown in (Chemical Formula I), a lithium composite oxide having a layered rock salt type structure shown in (Chemical Formula II), and the like. Can be mentioned. It is more preferable that the lithium-containing compound includes at least one member selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron (Fe) as a transition metal element. Examples of such lithium-containing compounds include lithium composite phosphates having the olivine type structure shown in (Chemical Formula III), and the layered rock salt type shown in (Chemical IV), (Chemical V), or (Chemical VI). Or a lithium composite oxide having a spinel structure shown in (Chemical Formula VII). Specifically, LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 , Li a CoO 2 (A≈1), Li b NiO 2 (b≈1), Li c1 Ni c2 Co 1-c2 O 2 (c1≈1, 0 <c2 <1), Li d Mn 2 O 4 (d≈1) or Li e FePO 4 (e≈1).
(化I)
LiaM1bPO4
(式中、M1は、2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。a、bは、0≦a≦2.0、0.5≦b≦2.0の範囲内の値である。)
(Chemical I)
Li a M1 b PO 4
(In the formula, M1 represents at least one element selected from
(化II)
LicNi(1-d-e)MndM2eO(1-f)Xg
(式中、M2は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Xは、酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。c、d、e、fおよびgは、0≦c≦1.5、0≦d≦1.0、0≦e≦1.0、−0.10≦f≦0.20、0≦g≦0.2の範囲内の値である。)
(Chemical II)
Li c Ni (1-de) Mn d M2 e O (1-f) X g
(In the formula, M2 represents at least one element selected from
(化III)
LihM3PO4
(式中、M3は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、タングステン(W)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。hは、0.9≦h≦1.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、zの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical III)
Li h M3PO 4
(In the formula, M3 is cobalt (Co), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V ), Niobium (Nb), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), calcium (Ca), strontium (Sr), tungsten (W) and zirconium (Zr) H is a value in a range of 0.9 ≦ h ≦ 1.1, wherein the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of z represents a value in a complete discharge state. )
(化IV)
LiiMn(1-j-k)NijM4kO(1-m)Fn
(式中、M4は、コバルト(Co)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。i、j、k、mおよびnは、0.8≦i≦1.2、0<j<0.5、0≦k≦0.5、j+k<1、−0.1≦m≦0.2、0≦n≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、iの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical IV)
Li i Mn (1-jk) Ni j M4 k O (1-m) F n
(In the formula, M4 is cobalt (Co), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu ), Zinc (Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). j, k, m and n are 0.8 ≦ i ≦ 1.2, 0 <j <0.5, 0 ≦ k ≦ 0.5, j + k <1, −0.1 ≦ m ≦ 0.2, (It is a value in the range of 0 ≦ n ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of i represents the value in the fully discharged state.)
(化V)
LioNi(1-p)M5pO(1-q)Fr
(式中、M5は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。o、p、qおよびrは、0.8≦o≦1.2、0.005≦p≦0.5、−0.1≦q≦0.2、0≦r≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、oの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical V)
Li o Ni (1-p) M5 p O (1-q) F r
(In the formula, M5 represents cobalt (Co), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). p, q, and r are values within the range of 0.8 ≦ o ≦ 1.2, 0.005 ≦ p ≦ 0.5, −0.1 ≦ q ≦ 0.2, and 0 ≦ r ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of o represents the value in a fully discharged state.)
(化VI)
LisCo(1-t)M6tO(1-u)Fv
(式中、M6は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。s、t、uおよびvは、0.8≦s≦1.2、0≦t<0.5、−0.1≦u≦0.2、0≦v≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、sの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical VI)
Li s Co (1-t) M6 t O (1-u) F v
(In the formula, M6 represents nickel (Ni), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). t, u, and v are values within the ranges of 0.8 ≦ s ≦ 1.2, 0 ≦ t <0.5, −0.1 ≦ u ≦ 0.2, and 0 ≦ v ≦ 0.1. (Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of s represents the value in a fully discharged state.)
(化VII)
LiwMn(1-x)M7xOyFz
(式中、M7は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。w、x、yおよびzは、0.9≦w≦1.1、0≦x≦0.6、3.7≦y≦4.1、0≦g≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、wの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical VII)
Li w Mn (1-x) M7 x O y F z
(Wherein M7 is cobalt (Co), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). x, y, and z are values within a range of 0.9 ≦ w ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 0.6, 3.7 ≦ y ≦ 4.1, and 0 ≦ g ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of w represents a value in a fully discharged state.)
さらにまた、より高い電極充填性とサイクル特性が得られるという観点から、上記リチウム含有化合物のいずれかよりなる芯粒子の表面を、他のリチウム含有化合物のいずれかよりなる微粒子や炭素材料で被覆した複合粒子としてもよい。 Furthermore, from the viewpoint that higher electrode filling properties and cycle characteristics can be obtained, the surface of the core particles made of any of the above lithium-containing compounds is coated with fine particles or carbon materials made of any of the other lithium-containing compounds. It is good also as a composite particle.
この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、例えば、酸化バナジウム(V2O5)、二酸化チタン(TiO2)または二酸化マンガン(MnO2)などである。二硫化物は、例えば、二硫化鉄(FeS2)、二硫化チタン(TiS2)または二硫化モリブデン(MoS2)などである。カルコゲン化物は、特に層状化合物やスピネル型化合物が好ましく、例えば、セレン化ニオブ(NbSe2)などである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンあるいはポリピロールなどである。もちろん、正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 In addition, examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium include oxides, disulfides, chalcogenides, and conductive polymers. Examples of the oxide include vanadium oxide (V 2 O 5 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and manganese dioxide (MnO 2 ). Examples of the disulfide include iron disulfide (FeS 2 ), titanium disulfide (TiS 2 ), and molybdenum disulfide (MoS 2 ). The chalcogenide is particularly preferably a layered compound or a spinel compound, such as niobium selenide (NbSe 2 ). Examples of the conductive polymer include sulfur, polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole. Of course, the positive electrode material may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of positive electrode materials described above may be mixed in any combination.
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料などが用いられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびカルボキシメチルセルロース(CMC)などの樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体などから選択される少なくとも1種が用いられる。 As the conductive agent, for example, a carbon material such as carbon black or graphite is used. Examples of the binder include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC), and these resin materials. At least one selected from copolymers and the like mainly composed of is used.
[負極]
負極12は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体12Aの両面に負極活物質層12Bが設けられた構造を有している。負極集電体12Aは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。図3Cに示すように、負極集電体12Aからは、負極リード3と接続される負極タブ12Cが連続して延出されている。積層された複数の負極12から延出された複数枚の負極タブ12Cは、互いに固着され、負極集電体12Aが接続される。なお、図3Bでは、負極タブ12Cの構成を明確にするため、負極活物質層12Bを一部形成しない状態で示しているが、実際には、負極タブ12C部分以外は負極活物質層12Bが形成される。
[Negative electrode]
The
負極活物質層12Bは、負極活物質として、満充電時における電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層11Bと同様の導電剤および結着剤などの他の材料を含んで構成されていてもよい。 The negative electrode active material layer 12B includes, as a negative electrode active material, one or two or more negative electrode materials having a potential at the time of full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a counter lithium potential, It may be configured to include other materials such as a conductive agent and a binder similar to those of the positive electrode active material layer 11B as necessary.
なお、このラミネートフィルム型電池1では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極11の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極12にリチウム金属が析出しないようになっている。
In this laminated
満充電時における電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極材料としては、例えば、スピネル構造を有するリチウム遷移金属複合化合物が挙げられる。スピネル構造を有するリチウム遷移金属複合化合物としては、下記の式(1)のうちの少なくとも一種が用いられる。 Examples of the negative electrode material having a potential at the time of full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as the counter electrode lithium potential include a lithium transition metal composite compound having a spinel structure. As the lithium transition metal composite compound having a spinel structure, at least one of the following formula (1) is used.
式(1)
A[B2]X4
(式中、AおよびBは、リチウム(Li)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ストロンチウム(Sr)、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)およびイットリウム(Y)から選択される金属カチオンの少なくとも一種であり、Xは、酸素(O)または硫黄(S)である。)
Formula (1)
A [B 2 ] X 4
(In the formula, A and B are lithium (Li), titanium (Ti), magnesium (Mg), calcium (Ca), copper (Cu), zinc (Zn), strontium (Sr), aluminum (Al), scandium. (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), gallium (Ga), yttrium (Y), aluminum (Al), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (At least one metal cation selected from (Fe), gallium (Ga) and yttrium (Y), and X is oxygen (O) or sulfur (S).)
なかでも、スピネル構造を有するリチウム遷移金属複合化合物として、チタン含有リチウム遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。スピネル構造を有するチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物としては、下記の式(1−1)〜式(1−3)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物のうちの少なくとも一種が用いられる。 Among these, it is preferable to use a titanium-containing lithium transition metal composite oxide as the lithium transition metal composite compound having a spinel structure. As the titanium-containing lithium transition metal composite oxide having a spinel structure, at least one of titanium-containing lithium transition metal composite oxides represented by the following formulas (1-1) to (1-3) is used.
式(1−1)
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4
(式中、M1はマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)およびストロンチウム(Sr)の2価イオンのうちの少なくとも一種であり、0≦x≦1/3である。)
Formula (1-1)
Li [Li x M1 (1-3x) / 2 Ti (3 + x) / 2 ] O 4
(In the formula, M1 is at least one of divalent ions of magnesium (Mg), calcium (Ca), copper (Cu), zinc (Zn) and strontium (Sr)), and 0 ≦ x ≦ 1/3 is there.)
式(1−2)
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4
(式中、M2はアルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)およびイットリウム(Y)の3価イオンのうちの少なくとも一種であり、0≦y≦1/3である。)
Formula (1-2)
Li [Li y M2 1-3y Ti 1 + 2y ] O 4
(Wherein M2 is at least one of trivalent ions of aluminum (Al), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), gallium (Ga) and yttrium (Y)). Yes, 0 ≦ y ≦ 1/3.)
式(1−3)
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4
(式中、M3はバナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)およびニオブ(Nb)の4価イオンのうちの少なくとも一種であり、0≦z≦2/3である。)
Formula (1-3)
Li [Li 1/3 M3 z Ti (5/3) -z ] O 4
(In the formula, M3 is at least one of tetravalent ions of vanadium (V), zirconium (Zr), and niobium (Nb), and 0 ≦ z ≦ 2/3.)
式(1−1)〜式(1−3)について、チタン(Ti)以外の遷移金属を含まないチタン含有リチウム複合酸化物としては、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)が挙げられる。そして、チタン(Ti)以外の遷移金属を含むチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物について、式(1−1)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウム・チタン・マグネシウム複合酸化物(Li3.75Ti4.875Mg0.375O12)などが、式(1−2)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウム・チタン・アルミニウム複合酸化物(Li3.75Ti4.50Al0.75O12)などが、式(1−3)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウム・チタン・ニオブ複合酸化物(Li4Ti4.95Nb0.05O12)などが挙げられる。 Equation (1-1) to Formula for (1-3), as the titanium-containing lithium composite oxide containing no transition metal other than titanium (Ti), and lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) it is. For the titanium-containing lithium transition metal composite oxide containing a transition metal other than titanium (Ti), examples of the titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1-1) include lithium / titanium / magnesium composite oxide. Examples of the titanium-containing lithium transition metal composite oxide (Li 3.75 Ti 4.575 Mg 0.375 O 12 ) and the like represented by the formula (1-2) include lithium-titanium-aluminum composite oxide (Li 3.75 Ti 4.50 Al 0.75 Examples of the titanium-containing lithium transition metal composite oxide in which O 12 ) is represented by the formula (1-3) include lithium / titanium / niobium composite oxide (Li 4 Ti 4.95 Nb 0.05 O 12 ).
負極活物質としては、上述の負極材料の表面が炭素材料などの電子導電性物質で被覆された材料を用いてもよい。表面が炭素材料で被覆された負極活物質は、リチウム(Li)源と、チタン(Ti)源と、必要な遷移金属源との混合物と、電子導電性物質または電子導電性物質の前駆体とを含む溶液または懸濁液を空気中に噴霧して、加熱することにより得られる。また、表面が炭素材料で被覆された負極活物質は、上述の式(1−1)〜式(1−3)のいずれかで示されるチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物と、電子導電性物質または電子導電性物質の前駆体とを含む溶液または懸濁液を空気中に噴霧してチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物に電子導電性物質等を被着させ、乾燥または加熱することによっても得られる。さらに、上述の式(1−1)〜式(1−3)のいずれかで示されるチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物と、電子導電性物質または電子導電性物質の前駆体とを含む負極合剤を負極集電体に塗布して乾燥または加熱してもよい。 As the negative electrode active material, a material in which the surface of the negative electrode material described above is coated with an electronic conductive material such as a carbon material may be used. The negative electrode active material whose surface is coated with a carbon material includes a mixture of a lithium (Li) source, a titanium (Ti) source, a necessary transition metal source, an electronic conductive material or a precursor of an electronic conductive material, It is obtained by spraying a solution or suspension containing the above in air and heating. The negative electrode active material whose surface is coated with a carbon material includes a titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by any one of the above formulas (1-1) to (1-3), and an electronic conductive material. Alternatively, it can also be obtained by spraying a solution or suspension containing a precursor of an electronic conductive material into the air, depositing the electronic conductive material on the titanium-containing lithium transition metal composite oxide, and drying or heating. It is done. Further, a negative electrode composite comprising a titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by any one of the above formulas (1-1) to (1-3) and an electron conductive substance or a precursor of the electron conductive substance. The agent may be applied to the negative electrode current collector and dried or heated.
これらの材料は、黒鉛よりも電位が高く、金属リチウムが析出しにくいため、金属リチウムによる電解液の分解に起因する抵抗上昇を抑制することができる。 Since these materials have a higher potential than graphite and metal lithium is less likely to precipitate, an increase in resistance due to the decomposition of the electrolytic solution by the metal lithium can be suppressed.
[電解液]
電解液は、溶媒と電解質塩とともに、対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して負極上に被膜を形成する添加剤を含む。また、この電解液が、高分子材料に保持されて非流動化された非流動性電解質、例えばゲル電解質とされていてもよい。
[Electrolyte]
The electrolytic solution contains an additive that decomposes in the range of 1.6 V to 2.5 V at the counter electrode lithium potential to form a film on the negative electrode, together with the solvent and the electrolyte salt. In addition, the electrolytic solution may be a non-flowable electrolyte that is held in a polymer material and made non-flowable, for example, a gel electrolyte.
本技術の添加剤は、満充電時の負極電位よりも高い対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して負極上に被膜を形成することにより、反応性に乏しい上述の負極活物質の表面であっても被膜を形成することができる。このため、高温保存時に電解液が継続的に分解されることを抑制することができる。そして、ガス発生を抑制することにより、変形しやすい外装部材を用いた場合であっても電池膨れを抑制することができる。 The additive of the present technology is poor in reactivity by decomposing in the range of 1.6 V to 2.5 V at a counter lithium potential higher than the negative electrode potential at full charge and forming a film on the negative electrode. A film can be formed even on the surface of the negative electrode active material. For this reason, it can suppress that electrolyte solution decomposes | disassembles continuously at the time of high temperature preservation | save. In addition, by suppressing gas generation, it is possible to suppress battery swelling even when a deformable exterior member is used.
対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して負極上に被膜を形成する添加剤としては、例えば、式(A)で示す環状カルボン酸無水物を用いることができる。環状カルボン酸無水物は、負極表面で分解し、環状カルボン酸無水物に由来する保護被膜を形成する。この保護被膜は、環状カルボン酸リチウムを主成分とし、電解液の分解を抑制する。 As an additive which decomposes | disassembles in the range of 1.6V or more and 2.5V or less with a counter electrode lithium potential, and forms a film on a negative electrode, the cyclic carboxylic anhydride shown by Formula (A) can be used, for example. The cyclic carboxylic acid anhydride is decomposed on the negative electrode surface to form a protective film derived from the cyclic carboxylic acid anhydride. This protective film contains cyclic lithium carboxylate as a main component and suppresses decomposition of the electrolytic solution.
なお、本技術の添加剤としては環状のカルボン酸無水物であることが重要である。鎖状カルボン酸無水物では、反応生成物がカルボン酸リチウムとなるが、カルボン酸リチウムは電解液に溶解しやすく保護被膜とはならない。このため、添加剤として鎖状カルボン酸無水物を用いた場合には、環状カルボン酸無水物を用いた場合のような顕著なガス発生抑制効果が得られない。 It is important that the additive of the present technology is a cyclic carboxylic acid anhydride. In a chain carboxylic acid anhydride, the reaction product is lithium carboxylate, but lithium carboxylate is easily dissolved in the electrolyte and does not form a protective coating. For this reason, when a chain carboxylic acid anhydride is used as an additive, a remarkable gas generation suppression effect as in the case of using a cyclic carboxylic acid anhydride cannot be obtained.
このような環状カルボン酸無水物としては、コハク酸無水物およびグルタル酸無水物などの環状脂肪族飽和ジカルボン酸無水物、マレイン酸無水物などの環状脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物、およびフタル酸無水物、イソフタル酸無水物およびテレフタル酸無水物などの芳香族ジカルボン酸無水物などのうちの少なくとも一種を用いることができる。なかでも、式(A−1)で示すコハク酸無水物、式(A−2)で示すグルタル酸無水物または式(A−3)で示すフタル酸無水物を用いることが好ましい。 Such cyclic carboxylic acid anhydrides include cyclic aliphatic saturated dicarboxylic acid anhydrides such as succinic acid anhydride and glutaric acid anhydride, cyclic aliphatic unsaturated dicarboxylic acid anhydrides such as maleic acid anhydride, and phthalic acid. At least one of aromatic dicarboxylic acid anhydrides such as anhydride, isophthalic acid anhydride and terephthalic acid anhydride can be used. Especially, it is preferable to use the succinic anhydride shown by Formula (A-1), the glutaric anhydride shown by Formula (A-2), or the phthalic anhydride shown by Formula (A-3).
環状カルボン酸無水物は、電解液中に0.1質量%以上1.0質量%以下含有されることが好ましい。環状カルボン酸無水物の添加によるガス発生抑制効果を十分に得ることができるとともに、被膜による抵抗上昇を抑制することができるためである。 The cyclic carboxylic acid anhydride is preferably contained in the electrolytic solution in an amount of 0.1% by mass to 1.0% by mass. This is because it is possible to sufficiently obtain the effect of suppressing the gas generation due to the addition of the cyclic carboxylic acid anhydride and to suppress the increase in resistance due to the coating.
電解質塩としては、無機リチウム塩などの軽金属塩の1種あるいは2種以上を含有してもよい。この無機リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6H5)4)、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3SO3)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4)、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2SiF6)、塩化リチウム(LiCl)あるいは臭化リチウム(LiBr)などが挙げられる。なかでも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウムがより好ましい。 As an electrolyte salt, you may contain 1 type, or 2 or more types of light metal salts, such as inorganic lithium salt. Examples of the inorganic lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ). , Lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), Examples thereof include dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl), and lithium bromide (LiBr). Among these, at least one member selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, lithium hexafluorophosphate, tetrafluoride More preferred is lithium borate.
また、電解質塩としては、下記の式(B)で示すイミド塩化合物または式(C)で示すメチド塩化合物を用いてもよい。 Further, as the electrolyte salt, an imide salt compound represented by the following formula (B) or a methide salt compound represented by the formula (C) may be used.
式(B)
M+[(ZY)2N]-
(式中、M+は1価のカチオンであり、YはSO2またはCOであり、各置換基Zは、それぞれ独立してフッ素原子、または重合可能な官能基である。)
Formula (B)
M + [(ZY) 2 N] −
(Wherein M + is a monovalent cation, Y is SO 2 or CO, and each substituent Z is independently a fluorine atom or a polymerizable functional group.)
式(C)
M+[(ZY)3C]-
(式中、M+は1価のカチオンであり、YはSO2またはCOであり、各置換基Zは、それぞれ独立してフッ素原子、または重合可能な官能基である。)
Formula (C)
M + [(ZY) 3 C] −
(Wherein M + is a monovalent cation, Y is SO 2 or CO, and each substituent Z is independently a fluorine atom or a polymerizable functional group.)
式(B)および式(C)において、M+を構成するカチオンとしては、例えば、リチウムイオン(Li+)、ナトリウムイオン(Na+)、カリウムイオン(K+)などのアルカリ金属イオン、その他の金属元素イオンの他、アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオンなどが挙げられる。なかでも、リチウムイオンが好ましい。 In formulas (B) and (C), examples of the cation constituting M + include alkali metal ions such as lithium ion (Li + ), sodium ion (Na + ), potassium ion (K + ), and the like. In addition to metal element ions, ammonium cations, phosphonium cations, and the like can be given. Of these, lithium ions are preferred.
なかでも、式(B)で示すイミド塩化合物として、下記の式(B−1)で示すスルホンイミドリチウム塩を用いることが好ましい。 Especially, it is preferable to use the sulfonimide lithium salt shown by following formula (B-1) as an imide salt compound shown by Formula (B).
式(B−1)
LiN(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)
(式中、mおよびnは1以上の整数である。)
Formula (B-1)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2)
(In the formula, m and n are integers of 1 or more.)
式(B−1)で示すイミド塩化合物としては、例えば、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメタンスルホニル)イミドおよびリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドなどが挙げられ、これらを単独でもしくは2種類以上混合して用いることができる。 Examples of the imide salt compound represented by the formula (B-1) include lithium bis (fluorosulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (trifluoromethanesulfonyl) imide, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, and the like. Can be used alone or in admixture of two or more.
また、式(C)で示すメチド塩化合物として、下記の式(C−1)で示すスルホンメチドリチウム塩を用いることが好ましい。 Moreover, it is preferable to use the sulfonemethide lithium salt shown by following formula (C-1) as a metide salt compound shown by Formula (C).
式(C−1)
LiC(CPF2P+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2)
(式中、p、qおよびrは1以上の整数である。)
Formula (C-1)
LiC (C P F 2P + 1 SO 2) (C q F 2q + 1 SO 2) (C r F 2r + 1 SO 2)
(In the formula, p, q and r are integers of 1 or more.)
式(C−1)で示すメチド塩化合物としては、例えば、リチウムトリス(ペンタフルオロエタンスルホニル)メチドおよびリチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3SO2)3)などが挙げられる。 Examples of the methide salt compound represented by the formula (C-1) include lithium tris (pentafluoroethanesulfonyl) methide and lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ).
ここで、式(B)のイミド塩化合物および式(C)のメチド塩化合物はこれらに限定されるものではない。 Here, the imide salt compound of the formula (B) and the methide salt compound of the formula (C) are not limited to these.
溶媒としては、例えば非水溶媒を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、テトラメチレンスルホン、3−メチル−2−オキサゾリドン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルカルバミン酸メチル、N,N−ジエチルカルバミン酸エチル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N'−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、リン酸トリメチルまたはジメチルスルホキシドなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。 As the solvent, for example, a non-aqueous solvent can be used. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and methyl propyl carbonate (MPC). ), Γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, tetramethylene sulfone, 3-methyl-2-oxazolidone, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethyl acetate, trimethyl Ethyl acetate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylacetamide, methyl N, N-diethylcarbamate, ethyl N, N-diethylcarbamate, N, N- Dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N′-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, dimethyl sulfoxide, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
なかでも、非水溶媒として、高誘電率溶媒(例えば、比誘電率ε≧30)であるプロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートおよびγ−ブチロラクトンの少なくとも一種と、低粘度溶媒(例えば、粘度≦1mPa・s)であるジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートの少なくとも一種を混合して用いることが好ましい。この場合には、特に、高誘電率溶媒としてプロピレンカーボネートと、低粘度溶媒としてジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートの双方とを混合して含むことが好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するため、より高い効果が得られるからである。 Among them, as the non-aqueous solvent, at least one of propylene carbonate, butylene carbonate, and γ-butyrolactone having a high dielectric constant solvent (for example, relative dielectric constant ε ≧ 30) and a low viscosity solvent (for example, viscosity ≦ 1 mPa · s) It is preferable to use a mixture of at least one of dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. In this case, it is particularly preferable that propylene carbonate as a high dielectric constant solvent and both dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate as a low viscosity solvent are mixed and contained. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved, so that a higher effect can be obtained.
なお、負極活物質として満充電時における電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極材料を用いる場合は、下記の式(D)で示す環状カーボネートのうちの少なくとも一種を用いることができる。 In addition, when using a negative electrode material whose potential at full charge is 1.0 V or more and 1.6 V or less as a negative electrode active material as a negative electrode active material, use at least one of cyclic carbonates represented by the following formula (D). Can do.
式(D)で示す環状カーボネートには、エチレンカーボネート(EC)を含まない。従来の炭素系負極活物質を用いた電池の溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)を含むことがほぼ必須であったものの、例えばプロピレンカーボネート(PC)と比較して反応性が高く、比較的ガス発生が生じ易かった。本技術では、従来の炭素系負極活物質を用いた電池と異なり、溶媒中におけるエチレンカーボネート(EC)の含有を必須としないため、ガス発生抑制効果が向上するため好ましい。 The cyclic carbonate represented by the formula (D) does not contain ethylene carbonate (EC). As a solvent for a battery using a conventional carbon-based negative electrode active material, although it was almost essential to contain ethylene carbonate (EC), for example, it has a higher reactivity than propylene carbonate (PC) and is relatively a gas. Occurrence was easy to occur. In the present technology, unlike a battery using a conventional carbon-based negative electrode active material, the inclusion of ethylene carbonate (EC) in a solvent is not essential, which is preferable because the gas generation suppression effect is improved.
また、電解液中に、下記の式(E)で示すカルボン酸エステルを含んでもよい。カルボン酸エステルはエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)などの炭酸エステルよりも低粘度であり、これを混入した電解液のイオンの移動度もより大きくなるからである。特に、式(E−1)で示す酢酸エチル、式(E−2)で示すプロピオン酸メチルなどを含むことが好ましい。 Further, the electrolytic solution may contain a carboxylic acid ester represented by the following formula (E). This is because the carboxylic acid ester has a lower viscosity than carbonic acid esters such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), and the mobility of ions in the electrolytic solution in which the carboxylic acid ester is mixed becomes larger. In particular, it is preferable to include ethyl acetate represented by the formula (E-1), methyl propionate represented by the formula (E-2), and the like.
さらに、電解液中に、式(F)で示す不飽和環状カーボネートや、式(G)で示すハロゲン化エチレンカーボネートを含有してもよい。これらも電極表面で保護被膜を形成するため、環状カルボン酸無水物とともに電解液に含むことでより高いガス発生抑制効果が得られる。 Furthermore, you may contain the unsaturated cyclic carbonate shown by Formula (F), and the halogenated ethylene carbonate shown by Formula (G) in electrolyte solution. Since these also form a protective film on the electrode surface, a higher gas generation suppression effect can be obtained by including them in the electrolyte together with the cyclic carboxylic acid anhydride.
式(F)で示す不飽和環状カーボネートとしては、例えばビニレンカーボネート系化合物を用いることができる。ビニレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート(1,3−ジオキソール−2−オン)、メチルビニレンカーボネート(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、エチルビニレンカーボネート(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オン、または4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンなどが挙げられる。これらは単独でも良いし、複数種が混合されてもよい。なかでも、式(F−1)で示すビニレンカーボネートが好ましい。容易に入手可能であると共に、保護被膜形成による高いガス発生抑制効果が得られるからである。 As the unsaturated cyclic carbonate represented by the formula (F), for example, a vinylene carbonate compound can be used. Examples of vinylene carbonate compounds include vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), methyl vinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one), ethyl vinylene carbonate (4-ethyl- 1,3-dioxol-2-one), 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol-2-one, 4-fluoro-1,3 -Dioxol-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxol-2-one, etc. are mentioned. These may be used alone or in combination. Of these, vinylene carbonate represented by the formula (F-1) is preferable. This is because they can be easily obtained and a high gas generation suppression effect can be obtained by forming a protective film.
式(G)で示すハロゲン化エチレンカーボネートとしては、フルオロエチレンカーボネート(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、DFEC)、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジクロロ−1,3−オキソラン−2−オン、テトラクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ビストリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−(1,1−ジフルオロエチル)−4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジクロロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4,5,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどを用いることができる。これらは単独でもよく、複数種が混合されてもよい。 Examples of the halogenated ethylene carbonate represented by the formula (G) include fluoroethylene carbonate (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, FEC), difluoroethylene carbonate (4,5-difluoro-1,3-dioxolane- 2-one, DFEC), 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-5-fluoro-1,3-dioxolane-2- ON, 4,5-dichloro-1,3-oxolan-2-one, tetrachloro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-bistrifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4 -Trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-difluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one 4,4-difluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-5,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-5-trifluoromethyl -1,3-dioxolan-2-one, 4-methyl-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one 5- (1,1-difluoroethyl) -4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-dichloro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-4,5,5-trifluoro -1,3-dioxola 2-one, 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one can be used. These may be single and multiple types may be mixed.
なかでも、式(G−1)で示すフルオロエチレンカーボネートまたは式(G−2)で示すジフルオロエチレンカーボネートが好ましく、式(G−1)で示すフルオロエチレンカーボネートがより好ましい。特に、ジフルオロエチレンカーボネートとしては、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。容易に入手可能であると共に、保護被膜形成による高いガス発生抑制効果が得られるからである。 Especially, the fluoroethylene carbonate shown by Formula (G-1) or the difluoroethylene carbonate shown by Formula (G-2) is preferable, and the fluoroethylene carbonate shown by Formula (G-1) is more preferable. In particular, as difluoroethylene carbonate, a trans isomer is preferable to a cis isomer. This is because they can be easily obtained and a high gas generation suppression effect can be obtained by forming a protective film.
ゲル電解質を用いる場合には、電解液が高分子材料に保持される。高分子材料は、非水溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)あるいはビニリデンフルオライド(VdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)とを繰り返し単位に含む共重合体などのフッ素系高分子材料、ポリエチレンオキサイド(PEO)あるいはポリエチレンオキサイド(PEO)を含む架橋体などのエーテル系高分子材料、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリプロピレンオキサイド(PPO)あるいはポリメチルメタクリレート(PMMA)を繰返し単位として含むものなどが挙げられる。高分子材料には、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 When a gel electrolyte is used, the electrolytic solution is held by the polymer material. The polymer material may be any material that absorbs a non-aqueous solvent and gels. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF) or vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP) are included in a repeating unit. Fluorine-based polymer materials such as polymers, ether-based polymer materials such as polyethylene oxide (PEO) or cross-linked products containing polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polypropylene oxide (PPO), or polymethyl methacrylate (PMMA) ) As a repeating unit. Any one of these polymer materials may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.
特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子材料が望ましく、なかでも、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)またはビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとを成分として含む共重合体が好ましい。さらに、この共重合体は、マレイン酸モノメチルエステル(MMM)などの不飽和二塩基酸のモノエステル、三フッ化塩化エチレン(PCTFE)などのハロゲン化エチレン、またはエポキシ基含有アクリルビニルモノマーなどを成分として含んでいてもよい。より高い特性を得ることができるからである。 In particular, from the viewpoint of redox stability, a fluorine-based polymer material is desirable, and among them, a copolymer containing polyvinylidene fluoride (PVdF) or vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components is preferable. Furthermore, this copolymer is composed of unsaturated dibasic acid monoesters such as maleic acid monomethyl ester (MMM), halogenated ethylenes such as ethylene trifluorochloride (PCTFE), or epoxy group-containing acrylic vinyl monomers. May be included. This is because higher characteristics can be obtained.
高分子材料としては、重合性ゲル化剤を電解液に含むようにし、紫外線硬化や熱硬化などの重合処理を施してゲル電解質層を形成してもよい。重合性ゲル化剤としては、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基またはアリル基などの不飽和二重結合を有するものが挙げられる。具体的には、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルアクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、アリルアクリレート、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリアルキレングリコールジアクリレート、ポリアルキレングリコールジメタクリレートなどが使用でき、さらにトリメチロールプロパンアルコキシレートトリアクリレートまたはペンタエリスリトールアルコキシレートトリアクリレートなどの3官能モノマー、ペンタエリスリトールアルコキシレートテトラアクリレートまたはジトリメチロールプロパンアルコキシレートテトラアクリレートなどの4官能以上のモノマーなども使用することができる。なかでも、アクリロイル基またはメタクリロイル基を有するオキシアルキレングリコール系化合物を用いることが好ましい。重合性ゲル化剤は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 As a polymer material, a polymerizable gelling agent may be included in the electrolytic solution, and a gel electrolyte layer may be formed by performing a polymerization treatment such as ultraviolet curing or heat curing. Examples of the polymerizable gelling agent include those having an unsaturated double bond such as acryloyl group, methacryloyl group, vinyl group or allyl group. Specifically, acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, ethoxyethoxyethyl acrylate, polyethylene glycol monoacrylate, ethoxyethyl methacrylate, methoxyethyl methacrylate, ethoxyethoxyethyl methacrylate, polyethylene glycol mono Methacrylate, N, N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, allyl acrylate, acrylonitrile, N-vinyl pyrrolidone, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol Diacrylate, diethylene glycol Dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polyalkylene glycol diacrylate, polyalkylene glycol dimethacrylate, etc. can be used, and trimethylolpropane alkoxylate triacrylate or pentaerythritol alkoxylate Trifunctional monomers such as triacrylate, tetrafunctional or higher functional monomers such as pentaerythritol alkoxylate tetraacrylate or ditrimethylolpropane alkoxylate tetraacrylate can also be used. Especially, it is preferable to use the oxyalkylene glycol type compound which has an acryloyl group or a methacryloyl group. Any one of the polymerizable gelling agents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.
なお、セパレータ13を用いず、ゲル電解質層を、正極11および負極12を絶縁し、かつ正極11および負極12の物理的な接触を防止するセパレータ13の代わりとして用いてもよい。この場合、ゲル電解質層は、正極11および負極12の間に設けられる。
Instead of using the
[セパレータ]
セパレータ13は、正極11と負極12とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ13は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリプロピレン(PP)あるいはポリエチレン(PE)またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)などよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を混合または積層した構造とされていてもよい。特に、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。セパレータ13には、電解液の一部が含浸している。
[Separator]
The
さらに、セパレータ13は、多孔質膜の表面に、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)などの高分子材料を塗布もしくは被着させてもよい。この場合には、セパレータ13表面の高分子材料に電解液が保持されて、ゲル電解質が形成される。なお、セパレータ13表面の高分子材料に、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)などの無機酸化物などを混合してもよい。
Furthermore, the
[外装部材]
外装部材5は、例えば、金属層の両面に樹脂層が形成されたラミネートフィルムからなる。ラミネートフィルムは、金属層のうち電池外側に露出する面に外側樹脂層が形成され、積層電極体10などの発電要素に対向する電池内側面に内側樹脂層が形成される。
[Exterior material]
The
金属層は、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る最も重要な役割を担っており、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム(Al)が最もよく使われる。外側樹脂層は、外観の美しさや強靱さ、柔軟性などを有し、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレート(PET)などの樹脂材料が用いられる。内側樹脂層は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であるため、ポリオレフィンが適切であり、無延伸ポリプロピレン(CPP)が多用される。内側樹脂層を構成する樹脂材料は、外側樹脂層よりも融点が低い樹脂材料が用いられる。内側樹脂層を構成する樹脂材料の融点と、外側樹脂層を構成する樹脂材料の融点との間の温度で熱融着することにより、内側樹脂層のみを溶融させることができるためである。金属層と外側樹脂層および内側樹脂層との間には、必要に応じて接着剤層を設けてもよい。 The metal layer plays the most important role in protecting the contents by preventing the ingress of moisture, oxygen and light, and aluminum (Al) is most often used because of its lightness, extensibility, price and ease of processing. The outer resin layer has a beautiful appearance, toughness, flexibility, and the like, and a resin material such as nylon or polyethylene terephthalate (PET) is used. Since the inner resin layer is a portion that melts and fuses with heat or ultrasonic waves, polyolefin is suitable, and unstretched polypropylene (CPP) is often used. As the resin material constituting the inner resin layer, a resin material having a melting point lower than that of the outer resin layer is used. This is because only the inner resin layer can be melted by heat-sealing at a temperature between the melting point of the resin material constituting the inner resin layer and the melting point of the resin material constituting the outer resin layer. An adhesive layer may be provided between the metal layer, the outer resin layer, and the inner resin layer as necessary.
外装部材5は、例えば深絞りにより内側樹脂層側から外側樹脂層の方向に向けて形成された、積層電極体10を収容する凹部5aが設けられており、内側樹脂層が積層電極体10と対向するように配設されている。外装部材5の対向する内側樹脂層同士は、凹部5aの外縁部において融着などにより互いに密着されている。外装部材5と正極リード2および負極リード3との間には、外装部材5の内側樹脂層と、金属材料からなる正極リード2および負極リード3との接着性を向上させるための密着フィルム4が配置されている。密着フィルム4は、金属材料との接着性の高い樹脂材料からなり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンや、これら材料が変性された変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材5は、金属層がアルミニウム(Al)からなるアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
外装部材5と正極リード2および負極リード3との間には、外気の侵入や水分の浸入を防止するための密着フィルム4が挿入されている。この密着フィルム4は、正極リード2および負極リード3に対して密着性を有する材料によって構成されている。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。
An
(1−2)電池の製造方法
第1の実施の形態のラミネートフィルム型電池1は、例えば、下記の製造方法によって製造される。
(1-2) Battery Manufacturing Method The laminated
(1−2−1)第1の製造方法
[正極の製造]
まず、正極11を作製する。例えば、正極材料と、結着剤と、導電剤とを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。次に、ドクターブレードまたはバーコータなどによって帯状の正極集電体11Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。このとき、正極集電体11Aの長辺の端部を除いて正極合剤スラリーを塗布する。続いて、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して正極活物質層11Bを形成する。この場合には、圧縮成型を複数回に渡って繰り返してもよい。最後に、正極活物質層11Bが形成された帯状の正極集電体11Aを矩形状に切断するとともに、正極集電体11Aが露出した部分を正極タブ11Cを形成するように切断し、正極11を形成する。
(1-2-1) First Production Method [Production of Positive Electrode]
First, the
[負極の製造]
次に、負極12を作製する。例えば、本技術のスピネル構造を有するチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物からなる負極材料と、結着剤と、必要に応じて導電剤とを混合して負極合剤としたのち、これを有機溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。次に、ドクターブレードまたはバーコータなどによって帯状の負極集電体12Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。このとき、負極集電体12Aの長辺の端部を除いて負極合剤スラリーを塗布する。続いて、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して負極活物質層12Bを形成する。最後に、負極活物質層12Bが形成された帯状の負極集電体12Aを矩形状に切断するとともに、負極集電体12Aが露出した部分を負極タブ12Cを形成するように切断し、負極12を形成する。
[Manufacture of negative electrode]
Next, the
[電解液の調製]
溶媒と、電解質塩と、(1−1)に記載した環状カルボン酸無水物とを混合して、電解液を調製する。
[Preparation of electrolyte]
A solvent, an electrolyte salt, and the cyclic carboxylic acid anhydride described in (1-1) are mixed to prepare an electrolytic solution.
[電池の組み立て]
セパレータ13を介して正極11と負極12とを積層したのち、固定部材14を貼着して積層構造を固定して積層電極体10を作製する。続いて、正極11から延出された複数の正極集電体11Aを超音波用着などによって互いに固着した部分に正極リード2を取り付ける。同様に、負極12から延出された複数の負極集電体12Aを超音波用着などによって互いに固着した部分に負極リード3を取り付ける。
[Battery assembly]
After laminating the
続いて、積層電極体10を外装部材5に設けた凹部5aに収容した後、外装部材5を袋状となるように熱融着する。続いて、袋状の外装部材5の内部に本技術の電解液を注入した後、例えば減圧環境下にて外装部材5の開口部を熱融着などで密封する。これにより、本技術のラミネートフィルム型電池1が得られる。
Subsequently, after the
(1−2−2)第2の製造方法
第2の製造方法では、ゲル電解質層が形成されたラミネートフィルム型電池1の製造方法について説明する。
(1-2-2) Second Manufacturing Method In the second manufacturing method, a manufacturing method of the laminate
[電池の組み立て]
正極11および負極12のそれぞれの両面、もしくはセパレータ13の両面に、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)などの高分子材料をそれぞれ被着させる。高分子材料は、溶剤に混合して正極11および負極12、またはセパレータ13の両面に塗布し、または吹きつけ、溶剤を揮発させることにより被着させる。
[Battery assembly]
A polymer material such as polyvinylidene fluoride (PVdF) is deposited on both surfaces of the
次に、上述のセパレータ13を用いて積層電極体10を作製し、正極11から延出された複数の正極集電体11Aを互いに固着して正極リード2を取り付けるとともに、負極12から延出された複数の負極集電体12Aを互いに固着して負極リード3を取り付ける。
Next, the
続いて、積層電極体10を袋状の外装部材5に収容し、袋状の外装部材5の内部に本技術の電解液を注入した後、例えば減圧環境下にて外装部材5の開口部を熱融着などで密封する。最後に、積層電極体10と電解液とが収容された密封状態の外装部材5を加圧および加熱し、電解液を高分子材料に含浸させてゲル電解質層を形成することにより、本技術のラミネートフィルム型電池1が得られる。
Subsequently, after the
(1−2−3)第3の製造方法
第3の実施の形態では、第1の製造方法の電解液に重合性ゲル化剤を添加して、外装部材5の開口部を熱融着などで密封する。この後、積層電極体10と電解液とが収容された密封状態の外装部材5を加圧および加熱してゲル電解質層を形成し、本技術のラミネートフィルム型電池1が得られる。
(1-2-3) Third Manufacturing Method In the third embodiment, a polymerizable gelling agent is added to the electrolytic solution of the first manufacturing method, and the opening of the
<効果>
第1の実施の形態の電池では、高温環境下で保存した後であっても、電池内部でのガス発生を抑制し、外装部材としてラミネートフィルムを用いたラミネートフィルム型電池においても電池膨れを抑制することができる。
<Effect>
In the battery according to the first embodiment, even after being stored in a high temperature environment, gas generation inside the battery is suppressed, and battery swelling is also suppressed in a laminate film type battery using a laminate film as an exterior member. can do.
2.第2の実施の形態
第2の実施の形態では、本技術の電池の第2の例について説明する。本技術の電池の第2の例は、電極体が、帯状の正極および帯状の負極が積層された後、さらに扁平状に巻回された巻回電極体であるラミネートフィルム型電池である。
2. 2nd Embodiment 2nd Embodiment demonstrates the 2nd example of the battery of this technique. A second example of the battery according to the present technology is a laminated film battery in which the electrode body is a wound electrode body that is wound in a flat shape after a belt-like positive electrode and a belt-like negative electrode are stacked.
(2−1)ラミネートフィルム型電池の構成
第2の実施の形態の電池は、第1の実施の形態における積層電極体10の代わりに、帯状の電極が積層され、さらに扁平状に巻回された巻回電極体がラミネートフィルムで外装されたラミネートフィルム型電池である。
(2-1) Configuration of Laminate Film Type Battery In the battery of the second embodiment, a belt-like electrode is laminated instead of the
図4は、本技術の第2の実施の形態にかかる、巻回電極体20を収容するラミネートフィルム型電池1の分解斜視図であり、図5は、図4に示した巻回電極体20のII−II線に沿った断面構造を表すものである。第2の実施の形態にかかるラミネートフィルム型電池1は、積層電極体10の代わりに巻回電極体20を備える以外は、第1の実施の形態と同様であるため、共通の部分については同一の符号を付する。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the laminate
巻回電極体20は、帯状の正極21と帯状の負極22とが、帯状のセパレータ23介して積層、巻回されたものであり、巻回終端部は必要に応じて固定部材14により固定される。また、正極21および負極22と、セパレータ23との間には、ゲル電解質層25が形成されている。
The
正極21は、一対の面を有する正極集電体21Aの例えば両面に、正極活物質層21Bが設けられたものである。正極集電体21Aの一部には、正極活物質層21Bが形成されない正極集電体露出部が設けられ、正極集電体露出部に正極リード2が接続される。
The positive electrode 21 is obtained by providing a positive electrode active material layer 21B on, for example, both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of surfaces. Part of the positive electrode current collector 21A is provided with a positive electrode current collector exposed portion where the positive electrode active material layer 21B is not formed, and the
負極22は、一対の面を有する負極集電体22Aの例えば両面に、負極活物質層22Bが設けられたものである。負極集電体22Aの一部には、負極活物質層22Bが形成されない負極集電体露出部が設けられ、負極集電体露出部に負極リード3が接続される。
The
(2−2)ラミネートフィルム型電池の製造方法
第2の実施の形態のラミネートフィルム型電池1は、例えば、以下の4種類の製造方法(第1〜第4の製造方法)によって製造される。
(2-2) Manufacturing Method of Laminated Film Type Battery The laminated
(2−2−1)第1の製造方法〜第3の製造方法
第2の実施の形態のラミネートフィルム型電池1は、第1の実施の形態における第1の製造方法〜第3の製造方法と同様の方法により製造することができる。
(2-2-1) First Manufacturing Method to Third Manufacturing Method The laminated
(2−2−2)第4の製造方法
第4の製造方法では、最初に、本技術の電解液と、第2の製造方法で用いた高分子材料または第3の製造方法で用いた重合性ゲル化剤とを混合した前駆溶液を帯状の正極21および帯状の負極22の表面に塗布し、加熱処理することによりゲル電解質層25を形成する。紫外線硬化性の重合性ゲル化剤を用いた場合には、加熱処理の代わりに紫外線硬化処理を行う。
(2-2-2) Fourth Manufacturing Method In the fourth manufacturing method, first, the electrolytic solution of the present technology and the polymer material used in the second manufacturing method or the polymerization used in the third manufacturing method. A
このあと、セパレータ23を介して正極21と負極22とを積層して扁平状に巻回し、その巻回終端部に固定部材14を接着させて巻回電極体20を作製する。
Thereafter, the positive electrode 21 and the
続いて、巻回電極体20を袋状の外装部材5に収容し、例えば減圧環境下にて外装部材5の開口部を熱融着などで密封する。これにより、本技術のラミネートフィルム型電池1が得られる。
Subsequently, the
<効果>
第2の実施の形態のラミネートフィルム型電池1は、第1の実施の形態のラミネートフィルム型電池1と同様の効果を有する。
<Effect>
The laminated
3.第3の実施の形態
第3の実施の形態では、本技術の電池の第3の例について説明する。本技術の電池の第3の例は、正極および負極を備える電極体が、角型の外装缶内に収容された角型電池である。
3. 3rd Embodiment 3rd Embodiment demonstrates the 3rd example of the battery of this technique. A third example of the battery of the present technology is a prismatic battery in which an electrode body including a positive electrode and a negative electrode is accommodated in a rectangular outer can.
(3−1)角型電池の構成
図6は、本技術の第3の実施の形態にかかる角型電池30の構成を表すものであり、積層電極体40を角型の外装缶31内に収容したものである。なお、積層電極体40の代わりに、巻回電極体を用いて角型電池30を組み立ててもよい。
(3-1) Configuration of Square Battery FIG. 6 shows the configuration of the square battery 30 according to the third embodiment of the present technology, and the laminated electrode body 40 is placed in the rectangular outer can 31. It is what was contained. Instead of the laminated electrode body 40, the rectangular battery 30 may be assembled using a wound electrode body.
角型電池30は、角筒状の外装缶31と、この外装缶31内に収納される発電要素である積層電極体40と、外装缶31の開口部を閉じる電池蓋32と、電池蓋32の略中央部に設けられた電極ピン33などによって構成されている。
The rectangular battery 30 includes a rectangular tube-shaped outer can 31, a laminated electrode body 40 that is a power generation element housed in the outer can 31, a
外装缶31は、例えば、鉄(Fe)などの導電性を有する金属によって、中空で有底の角筒体として形成されている。この外装缶31の内面は、例えば、ニッケルめっきを施したり導電性塗料を塗布するなどして、外装缶31の導電性を高める構成とすることが好ましい。また、外装缶31の外周面は、例えば、プラスチックシートや紙などによって形成される外装ラベルで覆われたり、絶縁性塗料が塗布されて保護されてもよい。電池蓋32は、外装缶31と同じく、例えば、鉄(Fe)などの導電性を有する金属により形成されている。
The outer can 31 is formed as a hollow, bottomed rectangular tube with a conductive metal such as iron (Fe), for example. The inner surface of the outer can 31 is preferably configured to increase the conductivity of the outer can 31 by, for example, applying nickel plating or applying a conductive paint. The outer peripheral surface of the outer can 31 may be covered with an outer label formed of, for example, a plastic sheet or paper, or may be protected by applying an insulating paint. The
積層電極体40は、第1の実施の形態と同様の構成であり、正極および負極をセパレータを介して積層することによって得られる。正極、負極およびセパレータは、第1の実施の形態または第2の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。 The laminated electrode body 40 has the same configuration as that of the first embodiment, and is obtained by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator. Since the positive electrode, the negative electrode, and the separator are the same as those in the first embodiment or the second embodiment, detailed description thereof is omitted.
このような構成を有する積層電極体40には、複数の正極に接続された正極端子41と、複数の負極集電体に接続された負極端子とが設けられている。正極端子41および負極端子は、積層電極体40の軸方向の一端に導出されている。そして、正極端子41は、電極ピン33の下端に溶接などの固着手段によって接続されている。また、負極端子は外装缶31の内面に溶接などの固着手段によって接続されている。
The laminated electrode body 40 having such a configuration is provided with a positive terminal 41 connected to a plurality of positive electrodes and a negative terminal connected to a plurality of negative current collectors. The positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal are led out to one end of the laminated electrode body 40 in the axial direction. The positive terminal 41 is connected to the lower end of the
電極ピン33は導電性の軸部材からなり、その頭部を上端に突出させた状態で絶縁体34によって保持されている。この絶縁体34を介して電極ピン33が電池蓋32の略中央部に固定されている。絶縁体34は絶縁性の高い材料で形成されていて、電池蓋32の表面側に設けた貫通孔35に嵌合されている。また、貫通孔35には電極ピン33が貫通され、その下端面に正極端子41の先端部が固定されている。
The
このような電極ピン33などが設けられた電池蓋32が、外装缶31の開口部に嵌合されており、外装缶31と電池蓋32との接触面が溶接などの固着手段で接合されている。これにより、外装缶31の開口部が電池蓋32により密封されて、気密および液密に構成されている。この電池蓋32には、外装缶31内の圧力が所定値以上に上昇したときに当該電池蓋32の一部を破断させて内部圧力を外部に逃がす(放出させる)内圧解放機構36が設けられている。
The
内圧解放機構36は、電池蓋32の内面において長手方向に直線的に延在された2本の第1の開口溝36a(1本の第1の開口溝36aは図示せず)と、同じく電池蓋32の内面において長手方向と直交する幅方向に延在されて両端が2本の第1の開口溝36aに連通される第2の開口溝36bとから構成されている。2本の第1の開口溝36aは、電池蓋32の幅方向に対向するように位置する長辺側2辺の内側近傍において電池蓋32の長辺側外縁に沿うように互いに平行に設けられている。また、第2の開口溝36bは、電極ピン33の長手方向の一側において一方の短辺側外縁と電極ピン33との略中央部に位置するように設けられている。
The internal
第1の開口溝36aおよび第2の開口溝36bは、例えばともに断面形状が下面側に開口したV字形状とされている。なお、第1の開口溝36aおよび第2の開口溝36bの形状は、この実施の形態に示すV字形に限定されるものではない。例えば、第1の開口溝36aおよび第2の開口溝36bの形状をU字形や半円形としてもよい。
Both the first opening groove 36a and the
電解液注入口37は、電池蓋32を貫通するように設けられている。電解液注入口37は、電池蓋32と外装缶31とをかしめた後、電解液を注液するために用いるものであり、電解液注液後は封止部材38によって密封される。予めゲル電解質層を形成し、電解液の注液を行わない場合には、電解液注入口37は設けなくてもよい。
The electrolyte injection port 37 is provided so as to penetrate the
(3−2)角型電池の製造方法
第3の実施の形態の積層電極体40は、第1の実施の形態で説明した各製造方法によって製造される。巻回電極体を用いる場合にも、第2の実施の形態と同様の方法で製造することができる。
(3-2) Manufacturing Method of Square Battery The laminated electrode body 40 of the third embodiment is manufactured by each manufacturing method described in the first embodiment. Even when a wound electrode body is used, it can be manufactured by the same method as in the second embodiment.
[角型電池の組み立て]
正極および負極の表面に予めゲル電解質層を形成して作製した積層電極体40を、例えばアルミニウム(Al)、鉄(Fe)などの金属よりなる角型缶である外装缶31内に収容する。
[Assembly of square battery]
The laminated electrode body 40 produced by previously forming a gel electrolyte layer on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode is accommodated in an outer can 31 that is a square can made of a metal such as aluminum (Al) or iron (Fe).
そして、電池蓋32に設けられた電極ピン33と、積層電極体40と接続された正極端子41とを接続した後、電池蓋32にて封口し、例えば減圧下において電解液注入口37から電解液を注入する。最後に、電解液注入口37を封止部材38にて封止する。以上により、図6に示した本技術の角型電池30が得られる。
And after connecting the
<効果>
第3の実施の形態の角型電池30は、第1の実施の形態のラミネートフィルム型電池1および第2の実施の形態のラミネートフィルム型電池1と同様の効果を有する。
<Effect>
The square battery 30 of the third embodiment has the same effects as the
4.第4の実施の形態
第4の実施の形態では、本技術の電池の第4の例について説明する。本技術の電池の第4の例は、正極および負極を備える電極体が、円筒型の外装缶内に収容された円筒型電池である。円筒型電池は、第1の実施の形態または第2の実施の形態のラミネートフィルム型電池1のように、電池内部でのガス発生により電池外形が大きく変化することはない。しかしながら、電池内部でのガス発生により電池内部圧力が上昇し、ガスが電池外部に噴出して安全性が低下するおそれがある。このため、本技術の電解質を円筒型電池に適用して、ガス発生を抑制することによって、安全性向上効果が得られる点で有効である。
4). 4th Embodiment 4th Embodiment demonstrates the 4th example of the battery of this technique. A fourth example of the battery of the present technology is a cylindrical battery in which an electrode body including a positive electrode and a negative electrode is accommodated in a cylindrical outer can. Unlike the laminated
(4−1)円筒型電池の構成
[電池の構造]
図7は、第4の実施の形態にかかる円筒型電池50の一例を示す断面図である。円筒型電池50は、ほぼ中空円柱状の電池缶51の内部に、帯状の正極61と帯状の負極62とが帯状のセパレータ63を介して巻回された巻回電極体60と、図示しない本技術の電解質とを有している。電解質は、電解液またはゲル電解質である。
(4-1) Configuration of cylindrical battery [battery structure]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the cylindrical battery 50 according to the fourth embodiment. The cylindrical battery 50 includes a wound electrode body 60 in which a strip-shaped positive electrode 61 and a strip-shaped negative electrode 62 are wound through a strip-shaped separator 63 inside a substantially hollow cylindrical battery can 51, and a book (not shown). With technical electrolytes. The electrolyte is an electrolytic solution or a gel electrolyte.
電池缶51は、例えばニッケルめっきが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶51の内部には、巻回電極体60を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板52a、52bがそれぞれ配置されている。 The battery can 51 is made of, for example, iron plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 51, a pair of insulating plates 52 a and 52 b are respectively arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 60.
電池缶51の材料としては、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、ステンレス(SUS)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)などが挙げられる。この電池缶51には、円筒型電池50の充放電に伴う電気化学的な電解液による腐食を防止するために、例えばニッケルなどのメッキが施されていてもよい。電池缶51の開放端部には、正極リード板である電池蓋53と、この電池蓋53の内側に設けられた安全弁機構および熱感抵抗素子(PTC素子:Positive Temperature Coefficient)57が、絶縁封口のためのガスケット58を介してかしめられることにより取り付けられている。
Examples of the material of the battery can 51 include iron (Fe), nickel (Ni), stainless steel (SUS), aluminum (Al), titanium (Ti), and the like. The battery can 51 may be plated with, for example, nickel in order to prevent corrosion due to the electrochemical electrolyte accompanying charging / discharging of the cylindrical battery 50. At the open end of the battery can 51, a
電池蓋53は、例えば電池缶51と同様の材料により構成されており、電池内部で発生したガスを排出するための開口部が設けられている。安全弁機構は、安全弁54とディスクホルダ55と遮断ディスク56とが順に重ねられている。安全弁54の突出部54aは遮断ディスク56の中心部に設けられた孔部56aを覆うように配置されたサブディスク59を介して巻回電極体60から導出された正極リード65と接続されている。サブディスク59を介して安全弁54と正極リード65とが接続されることにより、安全弁54の反転時に正極リード65が孔部56aから引き込まれることを防止する。また、安全弁機構は、熱感抵抗素子57を介して電池蓋53と電気的に接続されている。
The
安全弁機構は、電池内部短絡あるいは電池外部からの加熱などにより円筒型電池50の内圧が一定以上となった場合に、安全弁54が反転し、突出部54aと電池蓋53と巻回電極体60との電気的接続を切断するものである。すなわち、安全弁54が反転した際には遮断ディスク56により正極リード65が押さえられて安全弁54と正極リード65との接続が解除される。ディスクホルダ55は絶縁性材料からなり、安全弁54が反転した場合には安全弁54と遮断ディスク56とが絶縁される。
In the safety valve mechanism, when the internal pressure of the cylindrical battery 50 exceeds a certain level due to internal short circuit or heating from the outside of the battery, the safety valve 54 is reversed, and the protrusion 54a, the
また、電池内部でさらにガスが発生し、電池内圧がさらに上昇した場合には、安全弁54の一部が裂壊してガスを電池蓋53側に排出可能としている。
Further, when further gas is generated inside the battery and the internal pressure of the battery further increases, a part of the safety valve 54 is broken and the gas can be discharged to the
また、遮断ディスク56の孔部56aの周囲には例えば複数のガス抜き孔(図示せず)が設けられており、巻回電極体60からガスが発生した場合にはガスを効果的に電池蓋53側に排出可能な構成としている。
Further, for example, a plurality of gas vent holes (not shown) are provided around the
熱感抵抗素子57は、温度が上昇した際に抵抗値が増大し、電池蓋53と巻回電極体60との電気的接続を切断することによって電流を遮断し、過大電流による異常な発熱を防止する。ガスケット58は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
The resistance element 57 increases in resistance when the temperature rises, cuts off the electrical connection between the
円筒型電池50内に収容される巻回電極体60は、センターピン64を中心に巻回されている。巻回電極体60は、第2の実施の形態と同様の構成であり、正極61および負極62をセパレータ63を介して順に積層し、長手方向に巻回することによって得られる。正極61、負極62およびセパレータ63、ならびに電解液は、第1の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。 The wound electrode body 60 accommodated in the cylindrical battery 50 is wound around a center pin 64. The wound electrode body 60 has the same configuration as that of the second embodiment, and is obtained by sequentially laminating the positive electrode 61 and the negative electrode 62 via the separator 63 and winding in the longitudinal direction. Since the positive electrode 61, the negative electrode 62, the separator 63, and the electrolytic solution are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
正極61には正極リード65が接続されており、負極62には負極リード66が接続されている。正極リード65は、上述のように、安全弁54に溶接されて電池蓋53と電気的に接続されており、負極リード66は電池缶51に溶接されて電気的に接続されている。
A
(4−2)電池の製造方法
[正極および負極の製造方法]
正極および負極は、第1の実施の形態と同様にして製造することができる。
(4-2) Battery manufacturing method [Positive electrode and negative electrode manufacturing method]
The positive electrode and the negative electrode can be manufactured in the same manner as in the first embodiment.
[電池の組み立て]
正極61に正極リード65を溶接などにより取り付けると共に、負極62に負極リード66を溶接などにより取り付ける。その後、正極61と負極62とをセパレータ63を介して巻回し巻回電極体60とする。
[Battery assembly]
A
続いて、正極リード65の先端部を安全弁機構に溶接すると共に、負極リード66の先端部を電池缶51に溶接する。この後、巻回電極体60の巻回面を一対の絶縁板52a,52bで挟み、電池缶51の内部に収納する。巻回電極体60を電池缶51の内部に収納したのち、電解液を電池缶51の内部に注入する。
Subsequently, the tip of the
ゲル電解質層を形成する場合には、巻回電極体60が、第2の実施の形態の第4の製造方法によって製造される。すなわち、予めゲル電解質層を形成した正極61および負極62を用いて巻回電極体60を形成する。円筒型電池50では、第1の実施の形態におけるラミネートフィルム型電池1と異なり、密封後に電池外部から加圧・加熱してゲル電解質層を形成することが困難である。このため、予め正極61および負極62の表面にゲル電解質層を形成してから巻回電極体60を作製し、円筒型電池50を組み立てる必要がある。そして、正極リード65の先端部を安全弁機構に溶接すると共に、負極リード66の先端部を電池缶51に溶接する。この後、巻回電極体60の巻回面を一対の絶縁板52a,52bで挟み、電池缶51の内部に収納する。巻回電極体60を電池缶51の内部に収納する。必要に応じて、さらに電解液を電池缶51の内部に注入してもよい。
When forming the gel electrolyte layer, the wound electrode body 60 is manufactured by the fourth manufacturing method of the second embodiment. That is, the wound electrode body 60 is formed using the positive electrode 61 and the negative electrode 62 on which the gel electrolyte layer is formed in advance. In the cylindrical battery 50, unlike the
続いて、電池缶51の開口端部に電池蓋53、安全弁54などからなる安全弁機構および熱感抵抗素子57をガスケット58を介してかしめることにより固定する。これにより、図7に示した本技術の円筒型電池50が得られる。
Subsequently, the safety valve mechanism including the
<効果>
第4の実施の形態の円筒型電池50は、第1の実施の形態および第2の実施の形態のラミネートフィルム型電池1および第3の実施の形態の角型電池30と同様に電池内部でのガス発生を抑制する効果を有する。
<Effect>
The cylindrical battery 50 according to the fourth embodiment is arranged inside the battery similarly to the
5.第5の実施の形態
第5の実施の形態では、本技術の電解質を用いた電池(ラミネートフィルム型電池1、角型電池30または円筒型電池50)が備えられた電池パックについて説明する。
5. Fifth Embodiment In the fifth embodiment, a battery pack provided with a battery (laminated
図8は、本技術の電池(ラミネートフィルム型電池1、角型電池30または円筒型電池50)を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、組電池101、外装、充電制御スイッチ102aと、放電制御スイッチ103aとを備えるスイッチ部104、電流検出抵抗107、温度検出素子108、制御部110を備えている。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a circuit configuration example when the battery of the present technology (
また、電池パックは、正極端子121および負極端子122を備え、充電時には正極端子121および負極端子122がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子121および負極端子122がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。
In addition, the battery pack includes a
組電池101は、複数の電池101aを直列および/または並列に接続してなる。この電池101aは本技術の電池である。なお、図8では、6つの電池101aが、2並列3直列(2P3S)に接続された場合が例として示されているが、その他、n並列m直列(n,mは整数)のように、どのような接続方法でもよい。
The assembled
スイッチ部104は、充電制御スイッチ102aおよびダイオード102b、ならびに放電制御スイッチ103aおよびダイオード103bを備え、制御部110によって制御される。ダイオード102bは、正極端子121から組電池101の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、負極端子122から組電池101の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード103bは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。なお、例では+側にスイッチ部を設けているが、−側に設けてもよい。
The
充電制御スイッチ102aは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池101の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチのOFF後は、ダイオード102bを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池101の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部110によって制御される。
The
放電制御スイッチ103aは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池101の電流経路に放電電流が流れないように制御部110によって制御される。放電制御スイッチ103aのOFF後は、ダイオード103bを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池101の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部110によって制御される。
The
温度検出素子108は例えばサーミスタであり、組電池101の近傍に設けられ、組電池101の温度を測定して測定温度を制御部110に供給する。電圧検出部111は、組電池101およびそれを構成する各電池101aの電圧を測定し、この測定電圧をA/D変換して、制御部110に供給する。電流測定部113は、電流検出抵抗107を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部110に供給する。
The
スイッチ制御部114は、電圧検出部111および電流測定部113から入力された電圧および電流を基に、スイッチ部104の充電制御スイッチ102aおよび放電制御スイッチ103aを制御する。スイッチ制御部114は、電池101aのいずれかの電圧が過充電検出電圧もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部104に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。
The
充放電スイッチは、例えばMOSFETなどの半導体スイッチを使用できる。この場合MOSFETの寄生ダイオードがダイオード102bおよび103bとして機能する。充放電スイッチとして、Pチャンネル型FETを使用した場合は、スイッチ制御部114は、充電制御スイッチ102aおよび放電制御スイッチ103aのそれぞれのゲートに対して、制御信号DOおよびCOをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ102aおよび放電制御スイッチ103aはPチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってONする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号COおよびDOをローレベルとし、充電制御スイッチ102aおよび放電制御スイッチ103aをON状態とする。
As the charge / discharge switch, for example, a semiconductor switch such as a MOSFET can be used. In this case, the parasitic diode of the MOSFET functions as the
そして、例えば過充電もしくは過放電の際には、制御信号COおよびDOをハイレベルとし、充電制御スイッチ102aおよび放電制御スイッチ103aをOFF状態とする。
For example, in the case of overcharge or overdischarge, the control signals CO and DO are set to a high level, and the
メモリ117は、RAMやROMからなり例えば不揮発性メモリであるEPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)などからなる。メモリ117では、制御部110で演算された数値や、製造工程の段階で測定された各電池101aの初期状態における電池の内部抵抗値などが予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。 (また、電池101aの満充電容量を記憶させておくことで、制御部110とともに例えば残容量を算出することができる。
The
温度検出部118では、温度検出素子108を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行う。
The
6.第6の実施の形態
第6の実施の形態では、第2〜第4の実施の形態にかかる電池または第5の実施の形態にかかる電池パックを搭載した電子機器、電動車両および蓄電装置などの機器について説明する。第2〜第5の実施の形態で説明した電池および電池パックは、電子機器や電動車両、蓄電装置などの機器に電力を供給するために使用することができる。
6). Sixth Embodiment In the sixth embodiment, an electronic device, an electric vehicle, a power storage device, or the like equipped with the battery according to the second to fourth embodiments or the battery pack according to the fifth embodiment. The device will be described. The batteries and battery packs described in the second to fifth embodiments can be used to supply power to devices such as electronic devices, electric vehicles, and power storage devices.
電子機器として、例えばノート型パソコン、PDA(携帯情報端末)、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、 エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられる。 Examples of electronic devices include notebook computers, PDAs (personal digital assistants), mobile phones, cordless phones, video movies, digital still cameras, electronic books, electronic dictionaries, music players, radios, headphones, game consoles, navigation systems, Memory cards, pacemakers, hearing aids, power tools, electric shavers, refrigerators, air conditioners, TVs, stereos, water heaters, microwave ovens, dishwashers, washing machines, dryers, lighting equipment, toys, medical equipment, robots, road conditioners, traffic lights Etc.
また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)などが挙げられ、これらの駆動用電源または補助用電源として用いられる。 Further, examples of the electric vehicle include a railway vehicle, a golf cart, an electric cart, an electric vehicle (including a hybrid vehicle), and the like, and these are used as a driving power source or an auxiliary power source.
蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源などが挙げられる。 Examples of the power storage device include a power storage power source for buildings such as houses or power generation facilities.
以下では、上述した適用例のうち、本技術の電池を適用した蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。 Below, the specific example of the electrical storage system using the electrical storage apparatus to which the battery of this technique is applied among the application examples mentioned above is demonstrated.
この蓄電システムは、例えば下記の様な構成が挙げられる。第1の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第2の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第3の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。 This power storage system has the following configuration, for example. The first power storage system is a power storage system in which a power storage device is charged by a power generation device that generates power from renewable energy. The second power storage system is a power storage system that includes a power storage device and supplies power to an electronic device connected to the power storage device. The third power storage system is an electronic device that receives power supply from the power storage device. These power storage systems are implemented as a system for efficiently supplying power in cooperation with an external power supply network.
さらに、第4の蓄電システムは、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。第5の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第6の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、蓄電システムについて説明する。 Further, the fourth power storage system includes an electric vehicle having a conversion device that receives power supplied from the power storage device and converts the power into a driving force of the vehicle, and a control device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the power storage device. It is. The fifth power storage system is a power system that includes a power information transmission / reception unit that transmits / receives signals to / from other devices via a network, and performs charge / discharge control of the power storage device described above based on information received by the transmission / reception unit. . The sixth power storage system is a power system that receives power from the power storage device described above or supplies power from the power generation device or the power network to the power storage device. Hereinafter, the power storage system will be described.
(6−1)応用例としての住宅における蓄電システム
本技術の電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図9を参照して説明する。例えば住宅201用の蓄電システム200においては、火力発電202a、原子力発電202b、水力発電202cなどの集中型電力系統202から電力網209、情報網212、スマートメータ207、パワーハブ208などを介し、電力が蓄電装置203に供給される。これと共に、家庭内発電装置204などの独立電源から電力が蓄電装置203に供給される。蓄電装置203に供給された電力が蓄電される。蓄電装置203を使用して、住宅201で使用する電力が給電される。住宅201に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
(6-1) Residential Power Storage System as an Application Example An example in which a power storage device using a battery of the present technology is applied to a residential power storage system will be described with reference to FIG. For example, in a power storage system 200 for a house 201, power is stored from a
住宅201には、家庭内発電装置204、電力消費装置205、蓄電装置203、各装置を制御する制御装置210、スマートメータ207、各種情報を取得するセンサ211が設けられている。各装置は、電力網209および情報網212によって接続されている。家庭内発電装置204として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置205および/または蓄電装置203に供給される。電力消費装置205は、冷蔵庫205a、空調装置205b、テレビジョン受信機205c、風呂205dなどである。さらに、電力消費装置205には、電動車両206が含まれる。電動車両206は、電気自動車206a、ハイブリッドカー206b、電気バイク206cである。
The house 201 is provided with a home power generation device 204, a
蓄電装置203に対して、本技術の電池が適用される。本技術の電池は、例えば上述したリチウムイオン二次電池によって構成されていてもよい。スマートメータ207は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網209は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせてもよい。
The battery of the present technology is applied to the
各種のセンサ211は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ211により取得された情報は、制御装置210に送信される。センサ211からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置205を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置210は、住宅201に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。
The
パワーハブ208によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置210と接続される情報網212の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路)などの通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(Bluetooth SIGの登録商標)、ZigBee、Wi−Fiなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Bluetooth方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network)またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
The
制御装置210は、外部のサーバ213と接続されている。このサーバ213は、住宅201、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていてもよい。サーバ213が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信してもよいが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機など)から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)などに、表示されてもよい。
The
各部を制御する制御装置210は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などで構成され、この例では、蓄電装置203に格納されている。制御装置210は、蓄電装置203、家庭内発電装置204、電力消費装置205、各種のセンサ211、サーバ213と情報網212により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていてもよい。
The
以上のように、電力が火力202a、原子力202b、水力202cなどの集中型電力系統202のみならず、家庭内発電装置204(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置203に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置204の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置203に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置203に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置203によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
As described above, the electric power can be stored not only in the
なお、この例では、制御装置210が蓄電装置203内に格納される例を説明したが、スマートメータ207内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム200は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
In this example, the example in which the
(6−2)応用例としての車両における蓄電システム
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図10を参照して説明する。図10に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
(6-2) Power Storage System in Vehicle as Application Example An example in which the present technology is applied to a power storage system for a vehicle will be described with reference to FIG. FIG. 10 schematically shows an example of the configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present technology is applied. A series hybrid system is a car that runs on an electric power driving force conversion device using electric power generated by a generator driven by an engine or electric power once stored in a battery.
このハイブリッド車両300には、エンジン301、発電機302、電力駆動力変換装置303、駆動輪304a、駆動輪304b、車輪305a、車輪305b、バッテリー308、車両制御装置309、各種センサ310、充電口311が搭載されている。バッテリー308に対して、上述した本技術の電池が適用される。
The
ハイブリッド車両300は、電力駆動力変換装置303を動力源として走行する。電力駆動力変換装置303の一例は、モータである。バッテリー308の電力によって電力駆動力変換装置303が作動し、この電力駆動力変換装置303の回転力が駆動輪304a、304bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)あるいは逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置303が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ310は、車両制御装置309を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ310には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
The
エンジン301の回転力は発電機302に伝えられ、その回転力によって発電機302により生成された電力をバッテリー308に蓄積することが可能である。
The rotational force of the
図示しない制動機構によりハイブリッド車両300が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置303に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置303により生成された回生電力がバッテリー308に蓄積される。
When the
バッテリー308は、ハイブリッド車両300の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口311を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
The
図示しないが、電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行う情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。 Although not shown, an information processing apparatus that performs information processing related to vehicle control based on information related to the battery may be provided. As such an information processing apparatus, for example, there is an information processing apparatus that displays a remaining battery level based on information on the remaining battery level.
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。 In addition, the above demonstrated as an example the series hybrid vehicle which drive | works with a motor using the electric power generated with the generator driven by an engine, or the electric power once stored in the battery. However, the present technology is also effective for a parallel hybrid vehicle in which the engine and motor outputs are both driving sources, and the system is switched between the three modes of driving with only the engine, driving with the motor, and engine and motor. Applicable. Furthermore, the present technology can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels only by a drive motor without using an engine.
以下、実施例により本技術の電池を具体的に説明するが、本技術の電池はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, although the battery of this technique is demonstrated concretely by an Example, the battery of this technique is not limited only to these Examples.
なお、下記の参考例1−1〜参考例1−19および比較例1−1〜比較例1−6、ならびに参考例2−1〜参考例2−19および比較例2−1〜比較例2−6において用いる添加剤Aおよび添加剤B、ならびに溶媒は以下の通りである。 The following Reference Example 1-1 to Reference Example 1-19 and Comparative Example 1-1 to Comparative Example 1-6, and Reference Example 2-1 to Reference Example 2-19 and Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2 Additive A and additive B, and the solvent used in -6 are as follows.
添加剤A
SCAH:コハク酸無水物
GLAH:グルタル酸無水物
PHAH:フタル酸無水物
ACAH:酢酸無水物
Additive A
SCAH: succinic anhydride GLAH: glutaric anhydride PHAH: phthalic anhydride ACAH: acetic anhydride
添加剤B
VC:ビニレンカーボネート
FEC:フルオロエチレンカーボネート
Additive B
VC: vinylene carbonate FEC: fluoroethylene carbonate
溶媒
PC:プロピレンカーボネート
EC:エチレンカーボネート
BC:ブチレンカーボネート
GBL:γ−ブチロラクトン
DMC:ジメチルカーボネート
EMC:エチルメチルカーボネート
EA:酢酸エチル
MP:プロピオン酸メチル
Solvent PC: Propylene carbonate EC: Ethylene carbonate BC: Butylene carbonate GBL: γ-Butyrolactone DMC: Dimethyl carbonate EMC: Ethyl methyl carbonate EA: Ethyl acetate MP: Methyl propionate
<参考例1−1>〜<参考例1−19>、<比較例1−1>〜<比較例1−6>
参考例1−1〜参考例1−19および比較例1−1〜比較例1−6では、環状カルボン酸無水物または鎖状カルボン酸無水物のいずれかである添加剤Aと、必要に応じてハロゲン化エチレンカーボネートまたは不飽和環状カーボネートのいずれかである添加剤Bとを添加した電解液を用い、正極活物質、負極活物質および溶媒組成を変化させて電池特性の評価を行った。
< Reference Example 1-1> to < Reference Example 1-19>, <Comparative Example 1-1> to <Comparative Example 1-6>
In Reference Example 1-1 to Reference Example 1-19 and Comparative Example 1-1 to Comparative Example 1-6, additive A, which is either a cyclic carboxylic acid anhydride or a chain carboxylic acid anhydride, and if necessary The battery characteristics were evaluated by changing the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the solvent composition using an electrolytic solution to which an additive B that is either halogenated ethylene carbonate or unsaturated cyclic carbonate was added.
<参考例1−1>
[正極の作製]
先ず、正極活物質としてリチウム・マンガン複合酸化物(LiMn2O4)94質量部と、導電剤として非晶質炭素3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3質量部とを均質に混合してN−メチルピロリドンを添加し正極合剤塗液を得た。次に、得られた正極合剤塗液を、厚み15μmのアルミニウム箔上の両面に均一に塗布、乾燥して片面当たり45μmの正極活物質層を形成した。これを幅60mm、長さ80mmの形状に切断して矩形状の正極を作製した。
< Reference Example 1-1>
[Production of positive electrode]
First, 94 parts by mass of lithium-manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of amorphous carbon as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. After homogeneous mixing, N-methylpyrrolidone was added to obtain a positive electrode mixture coating solution. Next, the obtained positive electrode mixture coating liquid was uniformly applied on both sides of a 15 μm thick aluminum foil and dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of 45 μm per side. This was cut into a shape having a width of 60 mm and a length of 80 mm to produce a rectangular positive electrode.
[負極の作製]
負極活物質としてリチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)92質量部と、導電剤として非晶質炭素3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量部とを均質に混合してN−メチルピロリドンを添加し負極合剤塗液を得た。次に、得られた負極合剤塗液を、負極集電体となる厚み15μmのアルミニウム箔上の両面に均一に塗布、乾燥して片面当たり50μmの負極活物質層を形成した。これを幅60mm、長さ80mmの形状に切断して矩形状の負極を作製した。
[Production of negative electrode]
92 parts by mass of lithium-titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a negative electrode active material, 3 parts by mass of amorphous carbon as a conductive agent, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder Homogeneously mixed and N-methylpyrrolidone was added to obtain a negative electrode mixture coating solution. Next, the obtained negative electrode mixture coating liquid was uniformly applied on both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm serving as a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer having a thickness of 50 μm per side. This was cut into a shape having a width of 60 mm and a length of 80 mm to produce a rectangular negative electrode.
なお、負極活物質として用いたリチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の満充電時における電位は、対極リチウム電位で1.55V程度である。 Note that the potential of the lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) used as the negative electrode active material at the time of full charge is about 1.55 V as a counter electrode lithium potential.
[電解液の調製]
溶媒は、プロピレンカーボネート(PC)と、ジメチルカーボネート(DMC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)とを質量比で4:3:3となるように混合した。この溶媒に、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)と、添加剤Aとしてコハク酸無水物(SCAH)とを混合して電解液とした。電解液中、六フッ化リン酸リチウムの濃度は16.5質量%、コハク酸無水物の濃度は0.5質量%となるようにそれぞれ添加した。すなわち、電解液中の組成は、プロピレンカーボネート33.2質量%、ジメチルカーボネート24.9質量%、エチルメチルカーボネート24.9質量%、コハク酸無水物0.5質量%、六フッ化リン酸リチウム16.5質量%とした。
[Preparation of electrolyte]
As the solvent, propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a mass ratio of 4: 3: 3. To this solvent, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte salt and succinic anhydride (SCAH) as an additive A were mixed to obtain an electrolytic solution. The electrolyte was added so that the concentration of lithium hexafluorophosphate was 16.5% by mass and the concentration of succinic anhydride was 0.5% by mass. That is, the composition in the electrolytic solution was propylene carbonate 33.2% by mass, dimethyl carbonate 24.9% by mass, ethyl methyl carbonate 24.9% by mass, succinic anhydride 0.5% by mass, lithium hexafluorophosphate. It was 16.5 mass%.
[電池の組み立て]
この正極と負極を、厚さ16μmの微多孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを介して、5層の正極と6層の負極とを、正極、負極、正極・・・負極の順に積層して固定部材で固定し、積層電極体を作製した。続いて、積層電極体を一辺を除いて熱融着して袋状としたアルミニウムラミネートフィルムに挿入した。最後に、袋状のアルミラミネートフィルム内に電解液を4g注液後、減圧環境下で袋状のアルミラミネートフィルムの一辺を熱融着して封止し、ラミネートフィルム型電池を作製した。このラミネートフィルム型電池は、電池容量が600mAhとなった。
[Battery assembly]
The positive electrode and the negative electrode are laminated through a separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 16 μm, and a positive electrode, a negative electrode, a positive electrode,... And a laminated electrode body was produced. Subsequently, the laminated electrode body was inserted into an aluminum laminate film formed into a bag shape by heat-sealing except for one side. Finally, 4 g of the electrolyte solution was poured into the bag-shaped aluminum laminate film, and then one side of the bag-shaped aluminum laminate film was heat-sealed and sealed under a reduced pressure environment to produce a laminate film type battery. This laminated film type battery had a battery capacity of 600 mAh.
<参考例1−2>〜<参考例1−4>
電解液に用いる溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)の代わりにエチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)またはγ−ブチロラクトン(GBL)をそれぞれ用いた以外は、参考例1−1と同様にして、参考例1−2〜参考例1−4のラミネートフィルム型電池を作製した。
< Reference Example 1-2> to < Reference Example 1-4>
Except for using ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC) or γ-butyrolactone (GBL) instead of propylene carbonate (PC) as the solvent used in the electrolytic solution, the same as in Reference Example 1-1, Laminated film type batteries of Reference Example 1-2 to Reference Example 1-4 were produced.
<参考例1−5>〜<参考例1−6>
電解液中におけるコハク酸無水物(SCAH)の濃度がそれぞれ0.1質量%、1.0質量%となるようにした以外は、参考例1−1と同様にして、参考例1−5〜参考例1−6のラミネートフィルム型電池を作製した。このとき、コハク酸無水物(SCAH)の添加量に応じて、ジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)をそれぞれ等量ずつ増減させて電解液を調製した。
< Reference Example 1-5> to < Reference Example 1-6>
Reference Example 1-5 was performed in the same manner as Reference Example 1-1 except that the concentration of succinic anhydride (SCAH) in the electrolytic solution was 0.1% by mass and 1.0% by mass, respectively. The laminate film type battery of Reference Example 1-6 was produced. At this time, according to the addition amount of succinic anhydride (SCAH), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were respectively increased or decreased by an equal amount to prepare an electrolytic solution.
<参考例1−7>〜<参考例1−8>
電解液中に添加する添加剤Aとして、コハク酸無水物(SCAH)の代わりにグルタル酸無水物(GLAH)またはフタル酸無水物(PHAH)をそれぞれ用いた以外は、参考例1−1と同様にして、参考例1−7〜参考例1−8のラミネートフィルム型電池を作製した。
< Reference Example 1-7> to < Reference Example 1-8>
The same as Reference Example 1-1, except that glutaric anhydride (GLAH) or phthalic anhydride (PHAH) was used instead of succinic anhydride (SCAH) as additive A to be added to the electrolyte solution, respectively. There was prepared a laminate film battery of reference example 1-7~ reference example 1-8.
<参考例1−9>〜<参考例1−11>
電解液中に、添加剤Bとして不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネート(VC)を添加し、電解液中におけるビニレンカーボネート(VC)の濃度がそれぞれ1.0質量%、0.1質量%、5.0質量%となるように調製した以外は、参考例1−1と同様にして、参考例1−9〜参考例1−11のラミネートフィルム型電池を作製した。このとき、ビニレンカーボネート(VC)の添加量に応じて、プロピレンカーボネート(PC)を減量させて電解液を調製した。
< Reference Example 1-9> to < Reference Example 1-11>
In the electrolyte solution, vinylene carbonate (VC), which is an unsaturated cyclic carbonate, is added as additive B, and the concentration of vinylene carbonate (VC) in the electrolyte solution is 1.0% by mass, 0.1% by mass, and 5%, respectively. A laminated film type battery of Reference Example 1-9 to Reference Example 1-11 was produced in the same manner as Reference Example 1-1 except that the content was adjusted to 0.0 mass%. At this time, according to the addition amount of vinylene carbonate (VC), propylene carbonate (PC) was reduced and the electrolyte solution was prepared.
<参考例1−12>
電解液中に、添加剤Bとしてハロゲン化エチレンカーボネートであるフルオロエチレンカーボネート(FEC)を添加し、電解液中におけるフルオロエチレンカーボネート(FEC)の濃度が1.0質量%となるように調製した以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。このとき、フルオロエチレンカーボネート(FEC)の添加量に応じて、プロピレンカーボネート(PC)を減量させて電解液を調製した。
< Reference Example 1-12>
Fluoroethylene carbonate (FEC), which is a halogenated ethylene carbonate, is added as an additive B to the electrolytic solution, and the concentration of fluoroethylene carbonate (FEC) in the electrolytic solution is adjusted to 1.0 mass%. Produced a laminated film type battery in the same manner as in Reference Example 1-1. At this time, according to the addition amount of fluoroethylene carbonate (FEC), the amount of propylene carbonate (PC) was reduced to prepare an electrolytic solution.
<参考例1−13>
正極活物質として、リチウム・マンガン複合酸化物(LiMn2O4)の代わりにリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)を用いた以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。なお、このラミネートフィルム型電池は、電池容量が700mAhとなった。
< Reference Example 1-13>
Reference Example 1 except that lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) was used as the positive electrode active material instead of lithium-manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ). In the same manner as in Example 1, a laminated film type battery was produced. This laminated film type battery had a battery capacity of 700 mAh.
<参考例1−14>
正極活物質として、リチウム・マンガン複合酸化物(LiMn2O4)の代わりにリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物(LiNi0.77Co0.20Al0.03O2)を用いた以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。なお、このラミネートフィルム型電池は、電池容量が750mAhとなった。
< Reference Example 1-14>
Reference Example 1 except that lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide (LiNi 0.77 Co 0.20 Al 0.03 O 2 ) was used as the positive electrode active material instead of lithium-manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ). In the same manner as in Example 1, a laminated film type battery was produced. The laminated film type battery had a battery capacity of 750 mAh.
<参考例1−15>
負極活物質として、リチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりにリチウム・チタン・ニオブ複合酸化物(Li4Ti4.95Nb0.05O12)を用いた以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。
< Reference Example 1-15>
Reference Example 1 except that lithium / titanium / niobium composite oxide (Li 4 Ti 4.95 Nb 0.05 O 12 ) was used as the negative electrode active material instead of lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ). In the same manner as in Example 1, a laminated film type battery was produced.
<参考例1−16>
負極活物質として、リチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりにリチウム・チタン・マグネシウム複合酸化物(Li3.75Ti4.875Mg0.375O12)を用いた以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。
< Reference Example 1-16>
Reference Example 1 except that lithium / titanium / magnesium composite oxide (Li 3.75 Ti 4.875 Mg 0.375 O 12 ) was used as the negative electrode active material instead of lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ). In the same manner as in Example 1, a laminated film type battery was produced.
<参考例1−17>
負極活物質として、リチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりに炭素被覆したリチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)を用いた以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。負極活物質は、リチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)と炭素材料とを含む負極合剤を負極集電体に塗布して乾燥することによって得た。
< Reference Example 1-17>
Reference Example 1-1 except that carbon-coated lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) was used instead of lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) as the negative electrode active material. In the same manner, a laminated film type battery was produced. The negative electrode active material was obtained by applying a negative electrode mixture containing lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) and a carbon material to a negative electrode current collector and drying it.
<参考例1−18>〜<参考例1−19>
電解液に用いる溶媒として、エチルメチルカーボネート(EMC)の代わりに酢酸エチル(EA)またはプロピオン酸メチル(MP)をそれぞれ用いた以外は、参考例1−1と同様にして、参考例1−18〜参考例1−19のラミネートフィルム型電池を作製した。
< Reference Example 1-18> to < Reference Example 1-19>
Reference Example 1-18 was carried out in the same manner as Reference Example 1-1 except that ethyl acetate (EA) or methyl propionate (MP) was used instead of ethyl methyl carbonate (EMC) as the solvent used in the electrolytic solution. -The laminated film type battery of Reference Example 1-19 was produced.
<比較例1−1>
電解液に対して添加剤Aを混合しない以外は参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。
<Comparative Example 1-1>
A laminated film type battery was produced in the same manner as in Reference Example 1-1 except that additive A was not mixed with the electrolytic solution.
<比較例1−2>
負極活物質として、リチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりにアモルファスカーボンを用いた以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。
<Comparative Example 1-2>
A laminated film type battery was produced in the same manner as in Reference Example 1-1 except that amorphous carbon was used instead of lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) as the negative electrode active material.
<比較例1−3>
電解液中に添加する添加剤Aとして、コハク酸無水物(SCAH)の代わりに酢酸無水物(ACAH)を用いた以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。
<Comparative Example 1-3>
A laminate film type battery was produced in the same manner as Reference Example 1-1 except that acetic anhydride (ACAH) was used in place of succinic anhydride (SCAH) as additive A to be added to the electrolytic solution.
<比較例1−4>
正極活物質として、リチウム・マンガン複合酸化物(LiMn2O4)の代わりにリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)を用い、電解液に対して添加剤Aを混合しない以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。なお、このラミネートフィルム型電池は、電池容量が700mAhとなった。
<Comparative Example 1-4>
Lithium / nickel / cobalt / manganese composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) is used as the positive electrode active material instead of lithium / manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ), and an additive to the electrolyte A laminated film type battery was produced in the same manner as in Reference Example 1-1 except that A was not mixed. This laminated film type battery had a battery capacity of 700 mAh.
<比較例1−5>
正極活物質として、リチウム・マンガン複合酸化物(LiMn2O4)の代わりにリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物(LiNi0.77Co0.20Al0.03O2)を用い、電解液に対して添加剤Aを混合しない以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。なお、このラミネートフィルム型電池は、電池容量が750mAhとなった。
<Comparative Example 1-5>
Lithium / nickel / cobalt / aluminum composite oxide (LiNi 0.77 Co 0.20 Al 0.03 O 2 ) is used as the positive electrode active material instead of lithium / manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) A laminated film type battery was produced in the same manner as in Reference Example 1-1 except that A was not mixed. The laminated film type battery had a battery capacity of 750 mAh.
<比較例1−6>
負極活物質として、リチウム・チタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりにリチウム・チタン・ニオブ複合酸化物(Li4Ti4.95Nb0.05O12)を用い、電解液に対して添加剤Aを混合しない以外は、参考例1−1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。
<Comparative Example 1-6>
As a negative electrode active material, lithium / titanium / niobium composite oxide (Li 4 Ti 4.95 Nb 0.05 O 12 ) is used instead of lithium / titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), and an additive to the electrolyte A laminated film type battery was produced in the same manner as in Reference Example 1-1 except that A was not mixed.
[電池の評価]
各参考例および比較例のラミネートフィルム型電池を、23℃環境下において120mA(参考例1−13においては140mA、参考例1−14においては150mA)の定電流で電池電圧が2.7Vに達するまで定電流充電を行ったのち、2.7Vの定電圧で5時間充電した後、電池厚み(初期厚み)を測定した。続いて、60℃の環境下で1週間保存した。高温保存後における電池厚み(保存後厚み)を測定し、下記の式から高温保存後の電池厚みの増加率を算出した。
高温保存後電池厚み増加率[%]={(保存後厚み−初期厚み)/初期厚み}×100
[Battery evaluation]
The battery voltage reaches 2.7 V at a constant current of 120 mA (140 mA in Reference Example 1-13 and 150 mA in Reference Example 1-14) in the 23 ° C. environment for the laminated film type batteries of each Reference Example and Comparative Example. After carrying out constant current charging until 5 hours at a constant voltage of 2.7 V, the battery thickness (initial thickness) was measured. Then, it preserve | saved for one week in a 60 degreeC environment. The battery thickness after storage at high temperature (thickness after storage) was measured, and the rate of increase in battery thickness after storage at high temperature was calculated from the following formula.
Battery thickness increase rate after storage at high temperature [%] = {(thickness after storage−initial thickness) / initial thickness} × 100
評価結果を表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1.
表1に示すように、電解液にコハク酸無水物を添加した参考例1−1と、電解液にコハク酸無水物を添加しない比較例1−1とを比較すると、高温保存後の電池厚みの増加率が半分以下となった。また、溶媒中のプロピレンカーボネートをエチレンカーボネート、ブチレンカーボネートまたはγ−ブチロラクトンに変更した参考例1−2〜参考例1−4についても、参考例1−1よりやや劣るものの、比較例1−1に対して顕著な電池膨れの抑制を確認することができた。特に、ブチレンカーボネートまたはγ−ブチロラクトンに変更した参考例1−3および参考例1−4は、参考例1−1と略同等の効果が得られ、環状カーボネートとしてプロピレンカーボネート(PC)またはブチレンカーボネート(BC)を用いることが特に好ましいことが分かった。 As shown in Table 1, Reference Example 1-1 was added succinic anhydride in the electrolytic solution, when compared with Comparative Example 1-1 without the addition of succinic anhydride in the electrolytic solution, the battery thickness after high-temperature storage The rate of increase was less than half. Further, Reference Example 1-2 to Reference Example 1-4 in which propylene carbonate in the solvent was changed to ethylene carbonate, butylene carbonate, or γ-butyrolactone was also slightly inferior to Reference Example 1-1, but in Comparative Example 1-1. On the other hand, significant suppression of battery swelling was confirmed. In particular, Reference Example 1-3 and Reference Example 1-4, which were changed to butylene carbonate or γ-butyrolactone, had substantially the same effect as Reference Example 1-1, and propylene carbonate (PC) or butylene carbonate ( It has proved particularly preferable to use BC).
コハク酸無水物の添加量を0.1質量%とした参考例1−5は、参考例1−1より劣るものの、比較例1−1に対して顕著な電池膨れの抑制を確認することができた。また、コハク酸無水物の添加量を1.0質量%とした参考例1−6は、参考例1−1よりもさらに高い電池膨れの抑制を確認することができ、より好ましいことが分かった。 Although Reference Example 1-5 in which the addition amount of succinic anhydride was 0.1% by mass was inferior to Reference Example 1-1, it was confirmed that suppression of significant battery swelling was confirmed with respect to Comparative Example 1-1. did it. Further, it was found that Reference Example 1-6 in which the addition amount of succinic anhydride was 1.0% by mass can confirm the suppression of battery swelling higher than that of Reference Example 1-1, and is more preferable. .
コハク酸無水物に代えて、他の環状カルボン酸無水物であるグルタル酸無水物またはフタル酸無水物を電解液に混合した参考例1−7および参考例1−8は、参考例1−1よりややや劣るものの、比較例1−1に対して顕著な電池膨れの抑制を確認することができた。特に、グルタル酸無水物を用いた参考例1−7は、参考例1−1と略同等の効果が得られた。 Reference Example 1-7 and Reference Example 1-8, in which glutaric anhydride or phthalic anhydride, which are other cyclic carboxylic acid anhydrides, were mixed in the electrolyte instead of succinic anhydride, were referred to as Reference Example 1-1. Although somewhat inferior, it was confirmed that the battery swelling was significantly suppressed as compared with Comparative Example 1-1. In particular, Reference Example 1-7 using glutaric anhydride had substantially the same effect as Reference Example 1-1.
さらに、電解液に添加剤Bとして不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネート(VC)またはハロゲン化エチレンカーボネートであるフルオロエチレンカーボネート(FEC)をさらに混合した参考例1−9〜参考例1−12は、参考例1−1と同等かそれ以上の膨れ抑制効果が得られた。なかでも、添加剤Bの添加量を1.0質量%とした参考例1−9および参考例1−12では、参考例1−1よりも高い電池膨れの抑制を確認することができ、添加剤Bの添加量を0.1質量%とした参考例1−10はさらに高い電池膨れの抑制を確認することができた。 Furthermore, Reference Example 1-9 to Reference Example 1-12, in which vinylene carbonate (VC), which is an unsaturated cyclic carbonate, or fluoroethylene carbonate (FEC), which is a halogenated ethylene carbonate, is further mixed as an additive B in the electrolyte solution. The swelling suppression effect equivalent to or more than that of Reference Example 1-1 was obtained. In particular, in Reference Example 1-9 and Reference Example 1-12 in which the additive B was added in an amount of 1.0% by mass, the suppression of battery swelling higher than that in Reference Example 1-1 could be confirmed. In Reference Example 1-10 in which the addition amount of the agent B was 0.1% by mass, it was possible to confirm further suppression of battery swelling.
正極活物質としてリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物を用いた場合においても同様に、参考例1−13および比較例1−4、参考例1−14および比較例1−5の比較から、電池膨れの抑制を確認することができた。 Similarly, in the case of using lithium / nickel / cobalt / aluminum composite oxide as the positive electrode active material, from the comparison of Reference Example 1-13 and Comparative Example 1-4, Reference Example 1-14 and Comparative Example 1-5, The suppression of battery swelling was confirmed.
負極活物質としてリチウム・チタン・ニオブ複合酸化物を用いた場合においても、参考例1−15および比較例1−6の比較から、電池膨れの抑制を確認することができた。また、負極活物質としてリチウム・チタン・マグネシウム複合酸化物を用いた参考例1−16や、炭素被覆したリチウム・チタン複合酸化物を用いた参考例1−17の場合においても、参考例1−15と同等の電池膨れの抑制を確認することができた。 Even when lithium-titanium-niobium composite oxide was used as the negative electrode active material, suppression of battery swelling could be confirmed from comparison between Reference Example 1-15 and Comparative Example 1-6. Moreover, and Reference Examples 1-16 using lithium-titanium-magnesium composite oxide as the negative electrode active material, even in the case of Example 1-17 using lithium titanium composite oxide coated with carbon, Reference Example 1 It was possible to confirm the suppression of battery swelling equivalent to 15.
さらに、溶媒中のエチルメチルカーボネートを酢酸エチルまたはプロピオン酸メチルに変更した参考例1−18〜参考例1−19についても、参考例1−1と略同等の膨れ抑制効果が確認できた。 Further, for the reference example 1-18~ Reference Example 1-19 Ethyl methyl carbonate in the solvent was changed to ethyl acetate or methyl propionate, the blister suppressing effect substantially the same as the reference example 1-1 was confirmed.
一方、比較例1−2より、コハク酸無水物を添加した場合であっても、負極活物質が炭素材料である場合には膨れ抑制効果が得られなかった。また、比較例1−3から、鎖状カルボン酸無水物である酢酸無水物を添加した場合には、負極活物質としてリチウム・チタン複合酸化物を用いた比較例1−3は、コハク酸無水物を添加しない比較例1−1と比較して微小な電池膨れ抑制効果が得られるものの、コハク酸無水物を同量添加した参考例1−6と比較すると顕著に電池膨れが大きく、膨れ抑制効果がほぼ得られなかった。 On the other hand, from Comparative Example 1-2, even when succinic anhydride was added, the swelling suppression effect was not obtained when the negative electrode active material was a carbon material. Moreover, when acetic anhydride which is a chain carboxylic acid anhydride is added from Comparative Example 1-3, Comparative Example 1-3 using lithium / titanium composite oxide as a negative electrode active material is succinic anhydride. Although a small battery swelling suppression effect is obtained as compared with Comparative Example 1-1 in which no product is added, the battery swelling is significantly larger than in Reference Example 1-6 in which the same amount of succinic anhydride is added, and swelling swelling is suppressed. The effect was hardly obtained.
以上の結果から、負極活物質として満充電時における電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の材料を用い、電解液に対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して負極上に被膜を形成する添加剤を混合することにより、高温保存後でも電池膨れの抑制を確認することができた。 From the above results, a material having a potential at full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a negative electrode active material as a negative electrode active material, and a potential of 1.6 V or more and 2.5 V or less as a counter electrode lithium potential in an electrolyte By adding an additive that decomposes to form a film on the negative electrode, it was possible to confirm suppression of battery swelling even after high-temperature storage.
<参考例2−1>〜<参考例2−19>、<比較例2−1>〜<比較例2−6>
参考例2−1〜参考例2−19および比較例2−1〜比較例2−6では、参考例1−1などと同様の電解質を高分子材料に保持させてゲル電解質とした電池における電池特性の評価を行った。
< Reference Example 2-1> to < Reference Example 2-19>, <Comparative Example 2-1> to <Comparative Example 2-6>
In Reference Example 2-1 to Reference Example 2-19 and Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-6, a battery in a battery in which the same electrolyte as that of Reference Example 1-1 was held in a polymer material to form a gel electrolyte The characteristics were evaluated.
厚さ16μmの微多孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータの代わりに、厚さを12μmの微多孔性ポリエチレンフィルムの両面にポリフッ化ビニリデン(PVdF)を2μmずつ塗布したセパレータを用いた以外は、参考例1−1〜参考例1−19、比較例1−1〜比較例1−6とそれぞれ同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。 Reference Example 1 except that instead of a separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 16 μm, a separator in which 2 μm of polyvinylidene fluoride (PVdF) was applied on both sides of a microporous polyethylene film having a thickness of 12 μm was used. -1 to Reference Example 1-19 and Comparative Example 1-1 to Comparative Example 1-6 were each used in the same manner to produce a laminate film type battery.
このとき、袋状のアルミラミネートフィルム内に電解液を4g注液後、袋状のアルミラミネートフィルムの一辺を熱融着する際に、減圧環境下で加圧および加熱しながら封止を行った。これにより、電解液をセパレータ表面のポリフッ化ビニリデンに保持させて、ゲル化させ、ゲル電解質層が形成されたラミネートフィルム型電池を作製した。このラミネートフィルム型電池は、電池容量が600mAhとなった。 At this time, after 4 g of the electrolyte solution was injected into the bag-shaped aluminum laminate film, sealing was performed while applying pressure and heating in a reduced pressure environment when heat-sealing one side of the bag-shaped aluminum laminate film. . As a result, the electrolytic solution was held on the polyvinylidene fluoride on the separator surface and gelled to produce a laminate film type battery on which a gel electrolyte layer was formed. This laminated film type battery had a battery capacity of 600 mAh.
[電池の評価]
各参考例および比較例のラミネートフィルム型電池について、参考例1−1と同様の充電条件および保存条件(充電電流については、参考例2−13においては140mA、参考例2−14においては150mA)にて高温保存後の電池厚みの増加率を算出した。
[Battery evaluation]
For laminated film type battery of the Reference Examples and Comparative Examples, the same charging conditions and storage conditions as in Reference Example 1-1 (for charging current, 140 mA in Reference Example 2-13, 150 mA in Reference Example 2-14) The rate of increase in battery thickness after storage at high temperature was calculated.
評価結果を表2に示す。 The evaluation results are shown in Table 2.
表2に示すように、電解質をゲル状にすることにより、全体的に高温保存後の電池厚み増加率が小さくなった。この場合においても、負極活物質として満充電時における電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下のリチウム・チタン複合酸化物などを用い、ゲル電解質に対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して負極上に被膜を形成する環状カルボン酸無水物などの添加剤を混合することにより、高温保存後でも電池膨れの抑制を確認することができた。 As shown in Table 2, the increase in battery thickness after high-temperature storage was generally reduced by making the electrolyte into a gel. Also in this case, a lithium / titanium composite oxide having a potential at full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a negative electrode active material is used as the negative electrode active material, and 1.6 V or more at the counter electrode lithium potential as the gel electrolyte. By adding an additive such as a cyclic carboxylic acid anhydride that decomposes in the range of 0.5 V or less to form a film on the negative electrode, it was possible to confirm suppression of battery swelling even after high-temperature storage.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。 While the present technology has been described with reference to the embodiment and examples, the present technology is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications can be made.
なお、本技術の電池は、以下のような構成とすることもできる。 In addition, the battery of this technique can also be set as the following structures.
[1]
正極と、
満充電時の電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極活物質を含む負極と、
溶媒と、電解質塩と、対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して上記負極上に被膜を形成する添加剤を含む電解液とを備える電池。
[2]
上記負極活物質が、式(1)で示すスピネル構造を有するリチウム遷移金属化合物を含む[1]に記載の電池。
式(1)
A[B2]X4
(式中、AおよびBは、リチウム(Li)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ストロンチウム(Sr)、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)およびイットリウム(Y)から選択される金属カチオンの少なくとも一種であり、Xは、酸素(O)または硫黄(S)である。)
[3]
上記式(1)で示すスピネル構造を有するリチウム遷移金属化合物が、チタン含有リチウム遷移金属酸化物を含む[2]に記載の電池。
[4]
上記チタン含有リチウム遷移金属酸化物が、リチウム・チタン複合酸化物、リチウム・チタン・ニオブ複合酸化物、またはリチウム・チタン・マグネシウム複合酸化物、もしくは表面が炭素被覆されたリチウム・チタン複合酸化物のいずれかを含む[3]に記載の電池。
[5]
上記添加剤が、環状カルボン酸無水物を含む[1]〜[4]のいずれかに記載の電池。
[6]
上記環状カルボン酸無水物が、上記電解液中に0.1質量%以上1.0質量%以下含有される[5]に記載の電池。
[7]
上記環状カルボン酸無水物が、式(A)のうちの少なくとも一種を含む[5]または[6]に記載の電池。
上記環状カルボン酸無水物が、コハク酸無水物、グルタル酸無水物およびフタル酸無水物の少なくとも一種を含む[7]に記載の電池。
[9]
上記電解液が、式(D)で示す環状カーボネートのうちの少なくとも一種を含む[1]に記載の電池。
[10]
上記電解液が、ハロゲン化エチレンカーボネートまたは不飽和環状カーボネートを含む[1]〜[9]のいずれかに記載の電池。
[11]
上記電解液が、高分子材料に保持されて非流動性電解質とされた[1]に記載の電池。
[12]
上記高分子材料が、ポリフッ化ビニリデンを含む[11]に記載の電池。
[13]
上記正極、上記負極および上記電解液が、ラミネートフィルムで外装された[1]〜[12]のいずれかに記載の電池。
[14]
正極と、
満充電時の電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極活物質を含む負極と、
溶媒と、電解質塩とを含む電解液と
を備え、
上記負極が、対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解する化合物由来の被膜を有する電池。
[15]
[1]に記載の電池と、
上記電池を制御する制御部と、
上記電池を内包する外装とを有する電池パック。
[16]
[1]に記載の電池を備え、
上記電池から電力の供給を受ける電子機器。
[17]
[1]に記載の電池と、
上記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
[18]
[1]に記載の電池を備え、
上記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
[19]
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え、
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記電池の充放電制御を行う[18]に記載の蓄電装置。
[20]
[1]に記載の電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記電池に電力が供給される電力システム。
[1]
A positive electrode;
A negative electrode containing a negative electrode active material having a potential at full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a counter electrode lithium potential;
A battery comprising a solvent, an electrolyte salt, and an electrolytic solution containing an additive that decomposes in a range of 1.6 V or more and 2.5 V or less at a counter lithium potential to form a film on the negative electrode.
[2]
The battery according to [1], wherein the negative electrode active material includes a lithium transition metal compound having a spinel structure represented by Formula (1).
Formula (1)
A [B 2 ] X 4
(In the formula, A and B are lithium (Li), titanium (Ti), magnesium (Mg), calcium (Ca), copper (Cu), zinc (Zn), strontium (Sr), aluminum (Al), scandium. (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), gallium (Ga), yttrium (Y), aluminum (Al), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (At least one metal cation selected from (Fe), gallium (Ga) and yttrium (Y), and X is oxygen (O) or sulfur (S).)
[3]
The battery according to [2], wherein the lithium transition metal compound having a spinel structure represented by the formula (1) includes a titanium-containing lithium transition metal oxide.
[4]
The titanium-containing lithium transition metal oxide is a lithium / titanium composite oxide, a lithium / titanium / niobium composite oxide, or a lithium / titanium / magnesium composite oxide, or a lithium / titanium composite oxide whose surface is coated with carbon. The battery according to [3], including any of them.
[5]
The battery according to any one of [1] to [4], wherein the additive includes a cyclic carboxylic acid anhydride.
[6]
The battery according to [5], wherein the cyclic carboxylic acid anhydride is contained in an amount of 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less in the electrolytic solution.
[7]
The battery according to [5] or [6], wherein the cyclic carboxylic acid anhydride includes at least one of the formula (A).
The battery according to [7], wherein the cyclic carboxylic acid anhydride includes at least one of succinic acid anhydride, glutaric acid anhydride, and phthalic acid anhydride.
[9]
The battery according to [1], wherein the electrolytic solution includes at least one of cyclic carbonates represented by the formula (D).
[10]
The battery according to any one of [1] to [9], wherein the electrolytic solution contains halogenated ethylene carbonate or unsaturated cyclic carbonate.
[11]
The battery according to [1], wherein the electrolytic solution is held in a polymer material to be a non-fluidic electrolyte.
[12]
The battery according to [11], wherein the polymer material includes polyvinylidene fluoride.
[13]
The battery according to any one of [1] to [12], wherein the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution are packaged with a laminate film.
[14]
A positive electrode;
A negative electrode containing a negative electrode active material having a potential at full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a counter electrode lithium potential;
Comprising a solvent and an electrolyte solution containing an electrolyte salt;
A battery having a coating derived from a compound in which the negative electrode is decomposed in a range of 1.6 V or more and 2.5 V or less at a counter lithium potential.
[15]
The battery according to [1],
A control unit for controlling the battery;
A battery pack having an exterior housing the battery.
[16]
Comprising the battery according to [1],
An electronic device that receives power from the battery.
[17]
The battery according to [1],
A conversion device that receives supply of electric power from the battery and converts it into driving force of the vehicle;
An electric vehicle having a control device that performs information processing related to vehicle control based on the information related to the battery.
[18]
Comprising the battery according to [1],
A power storage device that supplies electric power to an electronic device connected to the battery.
[19]
A power information control device that transmits and receives signals to and from other devices via a network,
The power storage device according to [18], wherein charge / discharge control of the battery is performed based on information received by the power information control device.
[20]
The electric power system which receives supply of electric power from the battery as described in [1], or supplies electric power to the said battery from an electric power generating apparatus or an electric power network.
1…ラミネートフィルム型電池、2…正極リード、3…負極リード、4…密着フィルム、5…外装部材、5a…凹部、10…積層電極体、11…正極、11A…正極集電体、11B…正極活物質層、11C…正極タブ、12…負極、12A…負極集電体、12B…負極活物質層、12C…負極タブ、13…セパレータ、14…固定部材、20…巻回電極体、21…正極、21A…正極集電体、21B…正極活物質層、22…負極、22A…負極集電体、22B…負極活物質層、23…セパレータ、25…ゲル電解質層、30…角型電池、31…外装缶、32…電池蓋、33…電極ピン、34…絶縁体、35…貫通孔、36…内圧解放機構、36a…第1の開口溝、36b…第2の開口溝、37…電解液注入口、38…封止部材、40…積層電極体、41…正極端子、50…円筒型電池、51…電池缶、52a,52b…絶縁板、53…電池蓋、54…安全弁、54a…突出部、55…ディスクホルダ、56…遮断ディスク、56a…孔部、57…熱感抵抗素子、58…ガスケット、59…サブディスク、60…巻回電極体、61…正極、62…負極、63…セパレータ、64…センターピン、65…正極リード、66…負極リード、101…組電池、101a…各電池、101a…電池、102a…充電制御スイッチ、102b…ダイオード、103a…放電制御スイッチ、103b…ダイオード、104…スイッチ部、107…電流検出抵抗、108…温度検出素子、110…制御部、111…電圧検出部、113…電流測定部、114…スイッチ制御部、117…メモリ、118…温度検出部、121…正極端子、122…負極端子、200…蓄電システム、201…住宅、202…集中型電力系統、202a…火力発電、202b…原子力発電、202c…水力発電、203…蓄電装置、204…家庭内発電装置、205…電力消費装置、205a…冷蔵庫、205b…空調装置、205c…テレビジョン受信機、205d…風呂、206…電動車両、206a…電気自動車、206b…ハイブリッドカー、206c…電気バイク、207…スマートメータ、208…パワーハブ、209…電力網、210…制御装置、211…センサ、212…情報網、213…サーバ、300…ハイブリッド車両、301…エンジン、302…発電機、303…電力駆動力変換装置、304a…駆動輪、304b…駆動輪、305a…車輪、305b…車輪、308…バッテリー、309…車両制御装置、310…各種センサ、311…充電口
DESCRIPTION OF
Claims (14)
満充電時の電位が対極リチウム電位で1.0V以上1.6V以下の負極活物質を含む負極と、
溶媒と、電解質塩と、対極リチウム電位で1.6V以上2.5V以下の範囲で分解して上記負極上に被膜を形成する添加剤を含む電解液と
を備え、
上記負極活物質は、式(1−1)〜式(1−3)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物、表面が炭素材料で被覆されたLi4Ti5O12、および、表面が炭素材料で被覆された式(1−1)〜式(1−3)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一種からなるスピネル構造を有するチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物を含み、
上記添加剤が、式(A)で表される環状カルボン酸無水物のうちの少なくとも1種を含み、
上記環状カルボン酸無水物が、上記電解液中に0.1質量%以上1.0質量%以下含有される電池。
式(1−1)
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4
(式中、M1はマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)およびストロンチウム(Sr)の2価イオンのうちの少なくとも一種であり、0≦x<1/3である。)
式(1−2)
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4
(式中、M2はアルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)およびイットリウム(Y)の3価イオンのうちの少なくとも一種であり、0≦y<1/3である。)
式(1−3)
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4
(式中、M3はバナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)およびニオブ(Nb)の4価イオンのうちの少なくとも一種であり、0<z≦2/3である。)
A negative electrode containing a negative electrode active material having a potential at full charge of 1.0 V or more and 1.6 V or less as a counter electrode lithium potential;
A solvent, an electrolyte salt, and an electrolytic solution containing an additive that decomposes in a range of 1.6 V to 2.5 V at a counter lithium potential to form a film on the negative electrode,
The negative electrode active material includes a titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by formulas (1-1) to (1-3), Li 4 Ti 5 O 12 whose surface is coated with a carbon material, and a surface that is carbon. Including a titanium-containing lithium transition metal composite oxide having a spinel structure composed of at least one of the titanium-containing lithium transition metal composite oxides represented by formula (1-1) to formula (1-3) coated with a material;
The additive is seen contains at least one kind of cyclic carboxylic acid anhydride represented by the formula (A), and
A battery in which the cyclic carboxylic acid anhydride is contained in an amount of 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less in the electrolytic solution .
Formula (1-1)
Li [Li x M1 (1-3x) / 2 Ti (3 + x) / 2 ] O 4
(In the formula, M1 is at least one of divalent ions of magnesium (Mg), calcium (Ca), copper (Cu), zinc (Zn) and strontium (Sr)), and 0 ≦ x <1/3. is there.)
Formula (1-2)
Li [Li y M2 1-3y Ti 1 + 2y ] O 4
(Wherein M2 is at least one of trivalent ions of aluminum (Al), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), gallium (Ga) and yttrium (Y)). Yes, 0 ≦ y <1/3.)
Formula (1-3)
Li [Li 1/3 M3 z Ti (5/3) -z ] O 4
(In the formula, M3 is at least one of tetravalent ions of vanadium (V), zirconium (Zr), and niobium (Nb), and 0 <z ≦ 2/3.)
上記式(1−2)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物は、式(1−2’)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物であり、
上記式(1−3)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物は、式(1−3’)で示すチタン含有リチウム遷移金属複合酸化物である請求項1に記載の電池。
式(1−1’)
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4
(式中、M1はマグネシウム(Mg)の2価イオンであり、0≦x<1/3である。)
式(1−2’)
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4
(式中、M2はアルミニウム(Al)の3価イオンであり、0≦y<1/3である。)
式(1−3’)
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4
(式中、M3はニオブ(Nb)の4価イオンであり、0<z≦2/3である。) The titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1-1) is a titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1-1 ′).
The titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by the above formula (1-2) is a titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1-2 ′).
The battery according to claim 1, wherein the titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1-3) is a titanium-containing lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1-3 ').
Formula (1-1 ′)
Li [Li x M1 (1-3x) / 2 Ti (3 + x) / 2 ] O 4
(In the formula, M1 is a divalent ion of magnesium (Mg), and 0 ≦ x <1/3.)
Formula (1-2 ′)
Li [Li y M2 1-3y Ti 1 + 2y ] O 4
(In the formula, M2 is a trivalent ion of aluminum (Al), and 0 ≦ y <1/3.)
Formula (1-3 ′)
Li [Li 1/3 M3 z Ti (5/3) -z ] O 4
(In the formula, M3 is a tetravalent ion of niobium (Nb), and 0 <z ≦ 2/3.)
請求項1または2に記載の電池。 The battery according to claim 1 or 2 , wherein the cyclic carboxylic acid anhydride contains at least one of glutaric acid anhydride and phthalic acid anhydride.
請求項1〜3の何れか一項に記載の電池。
請求項1〜4の何れか一項に記載の電池。 The battery according to any one of claims 1 to 4 , wherein the electrolytic solution contains a halogenated ethylene carbonate or an unsaturated cyclic carbonate.
請求項1〜5の何れか一項に記載の電池。 The battery according to any one of claims 1 to 5 , wherein the electrolytic solution is held in a polymer material to be a non-fluidic electrolyte.
請求項6に記載の電池。 The battery according to claim 6 , wherein the polymer material includes polyvinylidene fluoride.
請求項1〜7の何れか一項に記載の電池。 The battery according to any one of claims 1 to 7 , wherein the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution are covered with a laminate film.
上記電池を制御する制御部と、
上記電池を内包する外装とを有する
電池パック。 The battery according to any one of claims 1 to 8 ,
A control unit for controlling the battery;
A battery pack having an exterior housing the battery.
上記電池から電力の供給を受ける
電子機器。 A battery according to any one of claims 1 to 8 , comprising:
An electronic device that receives power from the battery.
上記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する
電動車両。 The battery according to any one of claims 1 to 8 ,
A conversion device that receives supply of electric power from the battery and converts it into driving force of the vehicle;
An electric vehicle having a control device that performs information processing related to vehicle control based on the information related to the battery.
上記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。 A battery according to any one of claims 1 to 8 , comprising:
A power storage device that supplies electric power to an electronic device connected to the battery.
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記電池の充放電制御を行う
請求項12に記載の蓄電装置。 A power information control device that transmits and receives signals to and from other devices via a network,
The power storage device according to claim 12 , wherein charge / discharge control of the battery is performed based on information received by the power information control device.
電力システム。 The electric power system which receives supply of electric power from the battery as described in any one of Claims 1-8 , or supplies electric power to the said battery from an electric power generating apparatus or an electric power network.
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