CN103081183B - 非水电解液电池 - Google Patents
非水电解液电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103081183B CN103081183B CN201180042915.3A CN201180042915A CN103081183B CN 103081183 B CN103081183 B CN 103081183B CN 201180042915 A CN201180042915 A CN 201180042915A CN 103081183 B CN103081183 B CN 103081183B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- flame
- nonaqueous electrolyte
- retardant materials
- porous layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/394—Gas-pervious parts or elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
- H01M50/417—Polyolefins
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供一种即使在电极等的表面形成阻燃层,对放电特性的影响也很小的非水电解液电池。构成具备正极板(3)、负极板(5)和隔板(7)的非水电解液电池(1)。在正极板(3)的表面,使用阻燃性材料形成具有离子透过性的多孔质层。多孔质层是将由热塑性树脂形成的阻燃性材料熔融而得到的热熔体涂敷在正极板(3)的表面而形成的。
Description
技术领域
本发明涉及具备非水电解液的非水电解液电池。
背景技术
锂离子二次电池等使用非水电解液的非水电解液电池因为在施加高电压时能量密度高、能够实现小型化、轻量化,所以以个人电脑和移动电话等信息终端等的电源为中心被广泛地普及。作为非水电解液电池中使用的非水电解液,通常使用将LiPF6等支持盐溶解于酯化合物和醚化合物等非质子性有机溶剂而得到的溶液。但是,因为非质子性有机溶剂具有可燃性,所以存在从电池漏液时或者电池异常发热时发生起火等安全性方面的问题。
此外,最近将非水电解液电池扩大至储存电力用电源和电动汽车用电源等大型机器的电源用途的研究在取得进步。因此,提高面向电池大型化的非水电解液电池的安全性成为主要的问题。作为提高非水电解液电池的安全性的技术,例如在日本特开2000-173619号公报(专利文献1)中公开有以作为阻燃性材料的磷腈单体覆盖负极表面而抑制电池的起火、破裂的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-173619号公报(段落[0042],表1)
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述,当以阻燃性材料覆盖电极表面时,能够抑制由非水电解液电池的内部温度的上升引起的电池起火和由内部压力的上升引起的电池膨胀。但是,由于形成于电极表面的阻燃层的存在,存在电极与电解液之间的离子传导性受到妨碍,放电特性等电池本来的性能下降的问题。
本发明的目的在于提供一种非水电解液电池,该非水电解液电池即使在电极等的表面形成阻燃层,对放电特性等电池性能的影响也很小。
本发明的另一目的在于提供一种非水电解液电池,该非水电解液电池在维持放电特性的同时,在由于内部短路等而产生急剧的放电的情况下也能够抑制电池的起火和破裂。
用于解决课题的方法
本发明以具备非水电解液作为电池用电解液的非水电解液电池为改良的对象。在本发明的非水电解液电池中,在正极板、负极板和隔板中的至少一个的表面形成有使用阻燃性材料得到的多孔质层。所谓正极板、负极板和隔板中的至少一个的表面,例如,是指正极板的与隔板相对向的表面、负极板的与隔板相对向的表面或隔板的表面等。多孔质层通过在正极板等的表面涂敷将阻燃性材料熔融而得到的热熔体而形成。在本申请说明书中,阻燃性材料是在常温时为固体、但是一旦加热则变得可塑或能够流动、具有阻止非水电解液起火的性质的不溶于非水电解液的热塑性树脂。热熔体是将由这样的热塑性树脂形成的阻燃性材料熔融后得到的物质。在将热熔体涂敷在正极板等的表面时,将热熔体从喷嘴向正极板等的表面喷射。其结果是,将热熔体涂敷在正极板等的表面而形成的阻燃性材料的涂敷层成为如所谓的无纺布那样具有在厚度方向上连通的多个细孔的多孔质层,显示出优异的离子透过性。离子透过性是指离子能够从多孔质层的细孔内通过。换言之,在本申请说明书中,所谓的多孔质层,能够表现为在内部形成有在厚度方向上连通的大量细孔的无纺布状的涂敷层。
如本发明所述,当在正极板等的表面形成由多孔质层构成的阻燃层,其中,该多孔质层是涂敷将阻燃性材料熔融得到的热熔体所形成的时,能够在正极板等的表面形成显示出具有离子透过性且抑制电解液的起火的性质(在本申请说明书中将该性质表现为阻燃性)的阻燃层。这样形成的多孔质层由于离子透过性而在电池正常工作时不对电池性能产生影响。但是,在由于内部短路等而产生急剧的放电、电池内的温度上升时,阻燃性材料熔融,发挥抑制非水电解液的起火的作用,能够抑制电池的内部温度、内部压力的上升。因此,根据本发明,能够不使电池性能下降而使电池的起火、引火或电池的膨胀、破裂等危险性变小,能够得到安全性高的非水电解液电池。
由于热熔体呈现粘接性且随温度下降而固化,因此涂敷在正极板等的表面的由阻燃性材料形成的热熔体保持附着于正极板等的表面的状态不变。因此,在组装电池时不会出现多孔质层掉下等问题。此外,由于本发明中使用的多孔质层具有离子透过性,所以能够抑制形成有多孔质层的正极板等的表面与电解液之间的离子传导性下降。因此,根据本发明,能够不使高电压性能、高放电容量、大电流放电性能等在非水电解液电池中所要求的放电特性下降而提供一种安全性高的非水电解液电池。
在非水电解液电池中,从维持高放电容量、大电流放电性能等放电特性的观点出发,优选多孔质层的孔隙率为30~70%。孔隙率(P)能够定义为将在多孔质层的体积V1中所占的细孔的体积V2以百分率表示的(P=V2/V1×100)。此外,在设阻燃性材料的比重(真比重)为d1、设多孔质层的比重(表观比重)为d2的情况下,孔隙率(P)还能够使用由P=[1-d2/d1]×100的数学式运算而得到的数值。
在本发明中,通过如上述那样涂敷热熔体,能够在正极板等的表面形成孔隙率为30~70%的多孔质层。另外,在孔隙率不到30%时,离子透过性或离子传导性低,因此放电特性下降。另一方面,当孔隙率超过70%时,由于多孔质层与正极板等的表面之间的接合面积下降,所以多孔质层的接合强度下降,多孔质层变得容易脱落。进而,在孔隙率超过80%时,多孔质层会从正极板等的表面容易地脱落,因此不能发挥阻燃性材料的阻燃作用,不能确保非水电解液电池的安全性。
将阻燃性材料熔融、涂敷热熔体的方法是任意的。但是,在形成具有上述那样的孔隙率的多孔质层时,作为在正极板等的表面涂敷热熔体的方法,优选使用非接触涂布法。非接触涂布法是涂敷热熔体的公知的方法,该方法不使涂敷装置的喷嘴与涂敷对象物接触而向涂敷对象物的表面喷射热熔体进行涂敷。在本发明中,使用市场上出售的热熔体涂敷装置(可控涂布喷枪),以规定的涂布速度涂敷将在常温时为固体的阻燃性材料以90℃以上的温度加热熔融得到的热熔体,摇动喷嘴和正极板等中的至少一方,使得喷射在正极板等的表面上的线条状态的热熔体在厚度方向上不规则地重叠。这样就能够以简单的方法在正极板等的表面形成具有呈现所需的离子透过性的孔隙率的无纺布状的多孔质层。其中,所谓无纺布状是指具有不规则的纤维状的三维网结构、在机械的强度上没有方向性的状态。
从使阻燃性材料成为热熔体的状态而涂敷至正极板等的表面的观点出发,优选使用熔点为90℃以上的阻燃性材料。熔点为90℃以上的阻燃性材料在常温时为固体,但是在90℃以上时变得可塑或能够流动。由于电解液的起火温度多高于90℃,如果使用这样的阻燃性材料,则在电池内的温度接近电解液的起火温度时阻燃性材料软化,而在此之前不软化,因此对电池性能没有影响,能够提高安全性。另外,从确保在正极板等的表面形成的多孔质层的孔隙率的观点出发,优选使用熔融时的粘度为1000~3500mPa·s的阻燃性材料。在熔融时的粘度不到1000mPa·s时,热熔体的粘性过低,不能形成具有离子透过性的多孔质层。因此,电极的离子传导性受到妨碍,高速率放电特性下降。此外,如果熔融时的粘度超过3500mPa·s,则热熔体的粘性过高,热熔体就会以不连续的状态从喷嘴喷出,因此难以形成无纺布状的层。因此,高速率放电特性下降。
从另一角度出发,优选以阻燃性材料的含有量相对于正极板的正极活性物质为3.5~7.5重量%的范围的方式构成多孔质层。将阻燃性材料的含有量以相对于正极活性物质100重量%的阻燃性材料的重量%表示是考虑到电池的起火(冒烟)起因于正极。即,考虑到阻燃性的效果是通过在电池异常发热时阻燃性材料捕获(trap)在正极(具体而言为正极活性物质)产生的氧自由基而获得的,以成为氧自由基产生之处的正极活性物质为基准确定阻燃性材料的使用量。另外,在阻燃性材料的含有量为相对于正极板的正极活性物质不到3.5重量%的范围时,虽然具有相应的效果,但是由于阻燃性材料的量少,所以存在不能充分发挥在电池内配置阻燃性材料的效果的可能性。此外,当阻燃性材料的含有量相对于正极活性物质超过7.5重量%的范围时,离子传导性由于多孔质层的体积增加而受到妨碍,因此电池特性下降。即使电池特性下降,如果以提高安全性为目的,也可以使阻燃性材料的含有量超过7.5重量%的范围。但是,为了充分地确保非水电解液电池的安全性,且维持电池性能,优选使阻燃性材料相对于正极活性物质的含有量为3.5~7.5重量%的范围。
作为阻燃性材料,例如能够使用在常温时为固体、一旦加热则熔融成为热熔体的磷腈化合物。通过将这样的磷腈化合物作为热熔体涂敷,即使没有粘合剂等其它成分,也能够使作为阻燃层的多孔质层以牢固地附着在正极板等的表面的状态形成。磷腈化合物从其结构上具有捕获(trap)非水电解液内的氧(例如,在电池异常发热时在正极产生的氧自由基)的性质。能够利用该性质通过在正极板的表面形成磷腈化合物来有效地抑制电池的热失控反应。
作为这样的磷腈化合物,特别能够使用通式(I)所示的环状磷腈化合物。
上述式中,R1~R6是碳原子数为1~10的有机基,R1~R6既可以均为相同的碳原子数也可以为彼此不同的碳原子数。能够作为R1~R6的有机基利用的基团优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等烷基;甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基等烷氧基;甲氧基甲基、乙氧基甲基、丙氧基甲基、丁氧基甲基、甲氧基乙基、乙氧基乙基、丙氧基乙基、甲氧基丙基、乙氧基丙基、丙氧基丙基等烷氧基烷基;乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、1-戊烯基、3-丁烯基、3-戊烯基、2-氟乙烯基、2,2-二氟乙烯基、1,2,2-三氟乙烯基、4,4-二氟-3-丁烯基、3,3-二氟-2-丙烯基、5,5-二氟-4-戊烯基等烯基;苯基等芳基;苯氧基等芳氧基;等等。其中,优选甲基、乙基、1,2,2-三氟乙烯基。
另外,R1~R3中的氢原子也可以被氟原子取代。如果以氟原子取代R1~R3中的氢原子,就能够容易地提高化学上的稳定性。
附图说明
图1(A)是对作为本发明的非水电解液电池使用的锂离子二次电池的内部以透视的状态进行表示的概略图,(B)是(A)的IB-IB线截面图。
图2是利用光学显微镜对本发明的非水电解液电池中在正极板的表面形成的多孔质层的表面放大150倍拍摄得到的照片。
图3是表示将阻燃性材料(磷腈化合物)熔融而得到的热熔体涂敷在正极板的表面而形成的多孔质层的孔隙率与高速率放电容量的关系的图。
图4是表示本发明中使用的阻燃性材料(磷腈化合物)的熔融时的粘度与高速率放电容量的关系的图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。图1(A)是对作为本发明的非水电解液电池的实施方式的锂离子二次电池的内部以透视的状态进行表示的概略图,图1(B)是图1(A)的IB-IB截面图。该锂离子二次电池1包括:具备正极引线端子3a的正极板3;具备负极引线端子5a的负极板5;配置在正极板3与负极板5之间的隔板7。正极板3、负极板5和隔板7叠层构成叠层体9。该锂离子二次电池1为该叠层体9以正极引线端子3a和负极引线端子5a能够与外部连接的状态被收纳在壳体11内的结构。
实施例
锂离子二次电池1如下制作。首先,制备非水电解液。非水电解液作为以使得浓度为1mol/L的方式使LiPF6溶解在包括碳酸乙烯酯50体积%和碳酸二甲酯50体积%的混合溶剂中而制备得到。
接着,制作正极板。正极板的正极活性物质使用锂钴复合氧化物(LoCoO2)。首先,将该锂钴复合氧化物、作为导电剂的乙炔黑和作为粘接剂的聚偏氟乙烯按质量比90:5:5混合,使其分散于N-甲基吡咯烷酮溶剂中而制备了浆料。将该浆料涂敷在作为正极集电体的铝箔上并干燥后,进行冲压加工,制作了正极片。
进一步,在正极片的表面涂敷将阻燃性材料熔融得到的热熔体。阻燃性材料使用在上述通式(I)中所有R中两个为苯氧基、两个为苯基、两个为二甲氨基的环状磷腈化合物(以下称为磷腈化合物A)。该环状磷腈化合物在常温时为固体,一旦加热则熔融成为热熔体。通过将这样的磷腈化合物作为热熔体进行涂敷,即使没有粘合剂等其它成分,也能够将作为阻燃层的多孔质层以可靠地附着在正极板等的表面上的状态形成。
阻燃性材料的涂敷利用非接触涂布法进行。具体而言,使用Nordson公司制的可控喷枪CC200(商标)作为涂敷装置,一边摇动喷嘴一边以45m/min的涂布速度将以160℃熔融得到的磷腈化合物A的热熔体喷射在正极片的表面上,喷射得到的线条状态的热熔体以成为在厚度方向上不规则地重叠的无纺布状态的方式在正极片的表面形成涂敷层。图2是利用光学显微镜对在正极片的表面形成的涂敷层的表面放大150倍拍摄得到的照片。如该显微镜照片所示,在正极片的表面形成的涂敷层成为无纺布状的多孔质层。将形成有这样的涂敷层的正极片切成10cm×20cm,熔接铝箔的集电片而制作正极板。
接着,制作负极板。作为负极活性物质,使用人造石墨。将该人造石墨和作为粘接剂的聚偏氟乙烯按质量比90:10混合,使其分散于N-甲基吡咯烷酮溶剂而制备了浆料。将该浆料涂敷于铜箔的负极集电体并干燥后,进行冲压加工,制作了负极片。将该负极片切成10cm×20cm,在该切成的片上熔接镍箔的集电片而制作了负极板。
在这样制作的正极板与负极板之间,夹入由聚乙烯形成的隔板片,将正极板、负极板和隔板片叠层,以使得电池容量为8Ah的方式制作了叠层组。将所制作的叠层组***由热熔接膜(铝叠层膜)形成的一端开口的外部包装材料(壳体11)中,再将所制备的非水电解液注入外部包装材料中。之后,使外部包装材料中为真空,迅速将外部包装材料的开口部热封,制作了具有平板状叠层电池结构的非水电解液电池(锂离子二次电池1)。
以下述(1)所示的方法对这样制作得到的非水电解液电池的阻燃性进行了评价。具体而言,对改变阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量的实验例1~7的阻燃性进行了评价。另外,阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量以相对于正极活性物质的重量%表示。阻燃性的评价结果如表1所示。
(1)钉刺安全性试验
对所制作的叠层电池进行了钉刺安全性试验。钉刺试验如下进行:首先,在25℃的环境下,在4.2~3.0V的电压范围,重复2次0.1mA/cm2的电流密度的充放电循环,并进一步将电池的充电进行至4.2V。之后,在同样25℃的温度条件下,将轴部的直径为3mm的不锈钢制的钉以0.5cm/s的速度在电池的侧面的中心垂直地刺入,确认电池的起火、冒烟的有无和电池的破裂、膨胀的有无。
[表1]
如表1所示,在未涂敷阻燃性材料(磷腈化合物A)的例子(实验例1)和涂敷1.0重量%的阻燃性材料的例子(实验例2)中确认到电池的冒烟,在未涂敷阻燃性材料(磷腈化合物A)的例子(实验例1)、涂敷1.0重量%的阻燃性材料的例子(实验例2)和涂敷2.5重量%的阻燃性材料的例子(实验例3)中确认到电池的膨胀。由这些结果可知,含有3.5~10.0重量%的阻燃性材料(磷腈化合物A)的非水电解液电池(实验例4~7)能够抑制内部短路时的热失控引起的起火、冒烟,并且能够抑制电池的破裂、膨胀,非水电解液电池的安全性得到提高。即,可知在阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量不到3.5重量%时,抑制电池的热失控的效果不够充分,优选阻燃性材料的涂敷量(重量)至少相对于正极活性物质为3.5重量%以上。
此外,对所制作的叠层电池进行了多孔质层的状态与放电特性的关系的研究。放电特性利用下述(2)所示的方法进行确认。具体而言,对作为阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量相对于正极活性物质的重量为3.5重量%而形成的多孔质层,确认了改变孔隙率的情况下(实验例8~18)的高速率放电容量。另外,孔隙率在设阻燃性材料的比重(真比重)为d1、设多孔质层的比重(外观上的比重)为d2的情况下,由P=[1-d2/d1]×100的数学式运算得到。结果如表2和图3所示。
(2)高速率放电试验
对所制作的非水电解液电池(叠层电池)进行了高速率放电试验。在25℃以与上述(1)的钉刺安全性试验相同的条件(与初期充放电工序相同的条件)进行充电之后,进行电流24A、终止电压3.0V的恒定电流放电。以所得到的放电容量作为高速率放电容量。
[表2]
孔隙率(%) | 高速率放电容量(%) | |
实验例8 | - | 100 |
实验例9 | 10 | 16.2 |
实验例10 | 20 | 58.3 |
实验例11 | 25 | 82.1 |
实验例12 | 30 | 96.0 |
实验例13 | 40 | 98.2 |
实验例14 | 50 | 99.3 |
实验例15 | 60 | 99.4 |
实验例16 | 70 | 99.2 |
实验例17 | 80 | - |
实验例18 | 90 | - |
如表2和图3所示,当以未涂敷阻燃性材料(磷腈化合物A)的例子(实验例8)的高速率放电容量作为100%时,孔隙率为10%~25%(实验例9~11)时,高速率放电容量不到95%。这表示离子透过性或离子传导性下降,放电特性下降。与此相对,在孔隙率为30%~70%(实验例12~16)时,高速率放电容量超过95%。另外,确认了在孔隙率为80%(实验例17)时,多孔质层容易脱落,在孔隙率为90%(实验例18)时,多孔质层容易地从正极板的表面脱落。这些倾向被认为是由于多孔质层与正极板等的表面之间的接合面积降低,多孔质层的接合强度降低所导致的。由这些结果可知,在正极板的表面形成的多孔质层的孔隙率优选为30~70%的范围。即,可知通过以使孔质层的孔隙率优选为30~70%的范围。即,可知通过以使多孔质层的孔隙率成为30~70%的方式在正极板的表面涂敷阻燃性材料(磷腈化合物A),与未涂敷磷腈化合物的电池相比,高速率放电容量的下降减少,对电池性能的影响少。
进一步,对所制作的叠层电池进行了阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量与放电特性的关系的研究。放电特性与研究上述孔隙率与放电特性的关系时一样利用上述(2)所示的方法进行了确认。具体而言,确认了以使多孔质层的孔隙率成为50%的方式改变阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量(相对于正极活性物质的重量的重量%)的实验例19~25的高速率放电容量。结果如表3所示。
[表3]
涂敷量(wt%) | 高速率放电容量(%) | |
实验例19 | - | 100.0 |
实验例20 | 3.5 | 99.3 |
实验例21 | 5.0 | 98.4 |
实验例22 | 7.5 | 97.6 |
实验例23 | 10.0 | 92.0 |
实验例24 | 12.5 | 81.3 |
实验例25 | 15.0 | 71.1 |
如表3所示,当以未涂敷阻燃性材料(磷腈化合物A)的例子(实验例19)的高速率放电容量作为100%时,在阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量为3.5重量%~7.5重量%(实验例20~22)时,高速率放电容量超过95%。与此相对,在涂敷量为10重量%~15重量%(实验例23~25)时,高速率放电容量不到95%。由这些结果可知,涂敷在正极板的表面的阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量优选为3.5重量%~7.5重量%的范围。即,可知通过涂敷3.5~7.5重量%的阻燃性材料(磷腈化合物A),与未涂敷阻燃性材料(磷腈化合物A)的电池相比,高速率放电容量的下降减少,对电池性能的影响少。另外,在阻燃性材料的含有量不到3.5重量%的范围时,由于阻燃性材料的量少,不能如上述那样充分地发挥在电池内配置阻燃性材料的效果。如果阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量超过7.5重量%,则电池特性下降,这认为是由于孔隙率保持50%不变而增加了阻燃剂层的厚度(多孔质层的体积),导致锂离子的移动(离子传导性)受到妨碍。
此外,对所制作的叠层电池进行了阻燃性材料(磷腈化合物A)涂敷时的粘度与放电特性的关系的研究。放电特性与研究上述孔隙率与放电特性的关系时一样利用上述(2)所示的方法进行了确认。具体而言,确认了使阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷量相对于正极活性物质的重量为3.5重量%,改变阻燃性材料(磷腈化合物A)熔融时的粘度的实验例26~39的高速率放电容量。结果如表4和图4所示。
[表4]
粘度(mPa·s) | 高速率放电容量(%) | |
实验例26 | - | 100.0 |
实验例27 | 100 | 82.2 |
实验例28 | 300 | 86.4 |
实验例29 | 500 | 94.3 |
实验例30 | 1000 | 98.1 |
实验例31 | 1500 | 98.8 |
实验例32 | 2000 | 99.3 |
实验例33 | 2500 | 98.4 |
实验例34 | 3000 | 98.2 |
实验例35 | 3500 | 96.3 |
实验例36 | 4000 | 92.4 |
实验例37 | 5000 | 81.1 |
实验例38 | 6000 | 62.5 |
实验例39 | 7000 | - |
如表4和图4所示,当以未涂敷阻燃性材料(磷腈化合物A)的例子(实验例26)的高速率放电容量作为100%时,在阻燃性材料(磷腈化合物A)的熔融时的粘度不到1000mPa·s(实验例27~29)时和4000~6000mPa·s(实验例36~38)时,高速率放电容量均不到95%。此外,在熔融时的粘度为7000mPa·s(实验例39)时,阻燃性材料(磷腈化合物A)的涂敷自身变得困难,不能在正极板的表面形成多孔质层。与此相对,在阻燃性材料(磷腈化合物A)的熔融时的粘度为1000~3500mPa·s(实验例30~35)时,高速率放电容量超过95%。由这些结果可知,阻燃性材料(磷腈化合物A)的熔融时的粘度优选为1000~3500mPa·s的范围。另外,阻燃性材料(磷腈化合物A)的熔融时的粘度不到1000mPa·s时高速率放电特性下降,这认为是由于热熔体的粘性过低,不能形成具有离子透过性的多孔质层,因此电极的离子传导性受到妨碍。此外,如果熔融时的粘度超过3500mPa·s,则高速率放电特性下降,这认为是由于热熔体的粘性过高,热熔体成为以不连续的状态从喷嘴被喷出,所以难以形成无纺布状的层,不能确保多孔质层的孔隙率。
以上对本发明的实施方式和实施例进行了具体说明,但是,不言而喻,本发明并不仅限于这些实施方式和实施例,而能够基于本发明的技术思想进行变更。
产业上的可利用性
根据本发明,在正极板等的表面形成由多孔质层构成的阻燃层,该多孔质层是涂敷将阻燃性材料熔融得到的热熔体而形成的,因此,能够在正极板等的表面形成具有离子透过性且表现出阻燃性的阻燃层。因此,在电池正常时(没有由内部短路等引起的异常发热的情况下),能够维持电池本来的性能,另一方面,在电池异常时(由于内部短路等而产生急剧的放电,电池内的温度上升的情况下),阻燃性材料熔融,发挥抑制非水电解液的起火的作用,由此能够抑制电池的内部温度、内部压力的上升。其结果是,根据本发明,能够不使电池性能下降而减少电池的起火、引火或电池的膨胀、破裂等的危险性,能够得到安全性高的非水电解液电池。
符号的说明
1锂离子二次电池
3正极板
5负极板
7隔板
9叠层体
11壳体
Claims (7)
1.一种非水电解液电池,其特征在于:
具备正极板、负极板和隔板,
在所述正极板的表面直接形成有具有离子透过性的无纺布状的多孔质层,该具有离子透过性的多孔质层是涂敷将阻燃性材料熔融而得到的热熔体而形成的,
所述多孔质层的孔隙率为30~70%,
所述多孔质层相对于所述正极板的正极活性物质含有3.5~7.5重量%的所述阻燃性材料,
所述阻燃性材料是在常温时为固体、一旦加热则熔融成为热熔体的磷腈化合物。
2.如权利要求1所述的非水电解液电池,其特征在于:
所述阻燃性材料的熔点为90℃以上,熔融时的粘度为1000~3500mPa·s。
3.如权利要求1所述的非水电解液电池,其特征在于:
磷腈化合物为环状磷腈化合物。
4.如权利要求3所述的非水电解液电池,其特征在于:
所述环状磷腈化合物为通式(I)所示的磷腈化合物,
所述式中的R1~R6为相同或不同的碳原子数1~10的烷基、烷氧基、烷氧基烷基、烯基、芳基或芳氧基,R1~R3中的氢原子也可以被氟原子取代。
5.如权利要求1所述的非水电解液电池,其特征在于:
在所述正极板的与所述隔板相对向的所述表面形成有所述多孔质层。
6.如权利要求1所述的非水电解液电池,其特征在于:
利用非接触涂布法形成所述多孔质层,该非接触涂布法是不使喷嘴接触所述表面而喷射所述热熔体进行涂敷的方法。
7.如权利要求6所述的非水电解液电池,其特征在于:
所述非接触涂布法是将所述热熔体以线条状态从所述喷嘴喷射而在所述表面形成无纺布状的涂敷层的方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010199037A JP5740118B2 (ja) | 2010-09-06 | 2010-09-06 | 非水電解液電池 |
JP2010-199037 | 2010-09-06 | ||
PCT/JP2011/070256 WO2012033090A1 (ja) | 2010-09-06 | 2011-09-06 | 非水電解液電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103081183A CN103081183A (zh) | 2013-05-01 |
CN103081183B true CN103081183B (zh) | 2016-05-11 |
Family
ID=45810688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201180042915.3A Expired - Fee Related CN103081183B (zh) | 2010-09-06 | 2011-09-06 | 非水电解液电池 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9246150B2 (zh) |
EP (1) | EP2615669A4 (zh) |
JP (1) | JP5740118B2 (zh) |
KR (1) | KR20130107278A (zh) |
CN (1) | CN103081183B (zh) |
WO (1) | WO2012033090A1 (zh) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5809888B2 (ja) * | 2011-09-02 | 2015-11-11 | 株式会社Nttファシリティーズ | 非水電解液電池 |
JP2013054967A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Ntt Facilities Inc | 非水電解液電池用セパレータ及び非水電解液電池 |
JP6249399B2 (ja) * | 2013-12-19 | 2017-12-20 | 株式会社村田製作所 | リチウムイオン二次電池用電極、リチウムイオン二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器 |
CN103762384B (zh) * | 2014-01-24 | 2016-05-04 | 福建创鑫科技开发有限公司 | 一种电池用安全型非水电解液 |
CN103762380B (zh) * | 2014-01-29 | 2016-03-02 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种电解液 |
KR101750327B1 (ko) * | 2014-09-19 | 2017-06-23 | 주식회사 엘지화학 | 2차 전지용 전극 조립체 및 이의 제조방법 |
US10707526B2 (en) | 2015-03-27 | 2020-07-07 | New Dominion Enterprises Inc. | All-inorganic solvents for electrolytes |
CN105118970B (zh) * | 2015-10-14 | 2018-06-29 | 中航锂电(洛阳)有限公司 | 一种锂离子电池复合极片及其制备方法以及一种锂离子电池 |
US10707531B1 (en) | 2016-09-27 | 2020-07-07 | New Dominion Enterprises Inc. | All-inorganic solvents for electrolytes |
JP6907834B2 (ja) * | 2017-09-06 | 2021-07-21 | トヨタ自動車株式会社 | 非水電解質二次電池 |
JP6981164B2 (ja) * | 2017-10-13 | 2021-12-15 | トヨタ自動車株式会社 | 正極板および非水電解質二次電池 |
JP6847990B2 (ja) * | 2019-02-08 | 2021-03-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 非水系電解液及び非水系二次電池 |
CN112582693B (zh) * | 2020-12-07 | 2021-10-22 | 界首市天鸿新材料股份有限公司 | 一种锂电池聚烯烃隔膜的阻燃化处理方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102160229A (zh) * | 2009-03-03 | 2011-08-17 | 株式会社Ntt设施 | 非水电解液电池 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2119959C (en) | 1993-03-30 | 2000-03-14 | Soichiro Kawakami | Secondary battery |
JP3305035B2 (ja) | 1993-03-30 | 2002-07-22 | キヤノン株式会社 | リチウム二次電池 |
JP3176172B2 (ja) * | 1993-04-28 | 2001-06-11 | キヤノン株式会社 | リチウム二次電池及びその製造方法 |
JP2000173619A (ja) | 1998-09-29 | 2000-06-23 | Sanyo Electric Co Ltd | リチウムイオン電池 |
TWI315591B (en) * | 2000-06-14 | 2009-10-01 | Sumitomo Chemical Co | Porous film and separator for battery using the same |
KR100413608B1 (ko) * | 2001-10-16 | 2004-01-03 | 주식회사 에너랜드 | 리튬이온 2차 전지용 격리막, 그의 제조방법 및 그를포함하여 제조되는 리튬이온 2차 전지 |
DE60330061D1 (de) * | 2002-12-27 | 2009-12-24 | Bridgestone Corp | Separator für eine nicht wässrige elektrolytzelle |
JP2007035391A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Sony Corp | 正極材料,正極および電池 |
JP2007207455A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
KR100820162B1 (ko) * | 2006-08-07 | 2008-04-10 | 한국과학기술연구원 | 내열성 초극세 섬유상 분리막 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 이차전지 |
KR100845239B1 (ko) * | 2006-08-07 | 2008-07-10 | 한국과학기술연구원 | 내열성 초극세 섬유층을 지닌 분리막 및 이를 이용한이차전지 |
-
2010
- 2010-09-06 JP JP2010199037A patent/JP5740118B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-09-06 KR KR1020137006536A patent/KR20130107278A/ko not_active Application Discontinuation
- 2011-09-06 WO PCT/JP2011/070256 patent/WO2012033090A1/ja active Application Filing
- 2011-09-06 US US13/820,864 patent/US9246150B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-09-06 EP EP11823565.4A patent/EP2615669A4/en not_active Withdrawn
- 2011-09-06 CN CN201180042915.3A patent/CN103081183B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102160229A (zh) * | 2009-03-03 | 2011-08-17 | 株式会社Ntt设施 | 非水电解液电池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20130209860A1 (en) | 2013-08-15 |
JP5740118B2 (ja) | 2015-06-24 |
CN103081183A (zh) | 2013-05-01 |
WO2012033090A1 (ja) | 2012-03-15 |
KR20130107278A (ko) | 2013-10-01 |
EP2615669A4 (en) | 2014-07-30 |
EP2615669A1 (en) | 2013-07-17 |
US9246150B2 (en) | 2016-01-26 |
JP2012059405A (ja) | 2012-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103081183B (zh) | 非水电解液电池 | |
JP5647378B1 (ja) | 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 | |
CN105830251B (zh) | 非水系二次电池用隔膜及非水系二次电池 | |
KR101268989B1 (ko) | 리튬 이온 2차 전지 | |
CN103081207B (zh) | 非水电解液电池 | |
EP2077594A1 (en) | Composite separator films for lithium-ion batteries | |
CN101740744B (zh) | 锂离子二次电池用隔离物以及锂离子二次电池 | |
CN105074989B (zh) | 电极-隔膜复合物的制造方法、由该制造方法制造的电极-隔膜复合物及包含其的锂二次电池 | |
KR102142552B1 (ko) | 리튬금속 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬금속 이차전지 | |
CN101796668A (zh) | 电池用隔膜及非水电解液电池 | |
JP2012059405A5 (zh) | ||
KR20190121304A (ko) | 전기 화학 소자용 전극 및 전기 화학 소자 | |
CN107112540B (zh) | 锂离子二次电池电极用粘结剂组合物 | |
US10892457B2 (en) | Method of producing laminated separator for nonaqueous electrolyte secondary battery | |
CN104466231A (zh) | 一种锂离子二次电池及其制备方法 | |
CN109841785A (zh) | 一种电池隔膜及其制备方法及包含该隔膜的锂离子电池 | |
JP2013055285A (ja) | 蓄電デバイス | |
KR20190128140A (ko) | 이차전지의 제조방법 | |
CN103229330A (zh) | 电化学元件用间隔件及其制造方法、电化学元件用电极及电化学元件 | |
CN103022398A (zh) | 电化学元件用隔板、其制造方法和电化学元件 | |
CN103283076A (zh) | 非水电解质及使用其的非水电解质二次电池 | |
KR102253022B1 (ko) | 비수전해질 이차전지용 미립자 혼합물, 비수전해질 이차전지용 전극, 및 비수전해질 이차전지 | |
CN111640978A (zh) | 一种锂离子电池及其制备方法和用途 | |
JP2015084343A (ja) | 非水電解液電池 | |
US20200014013A1 (en) | Method of producing nonaqueous electrolyte secondary battery separator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160407 Address after: Tokyo, Japan Applicant after: HITACHI CHEMICAL Co.,Ltd. Address before: Tokyo, Japan Applicant before: Shin-Kobe Electric Machinery Co.,Ltd. |
|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160511 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |