JP2012059391A - リチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リチウムイオン電池には、非水電解液を形成する混合溶媒にエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの2種類の有機溶媒が用いられており、非水電解液には、ジエチルカーボネートと同様の官能基であるエトキシ基を有するホスファゼンAの液体状難燃剤が添加されている。リチウムイオン電池を長期間に亘り放置したときに、ホスファゼンAが有機溶媒と官能基置換反応を起こすことがなく、難燃剤としての性質が維持されることで、電池異常時に非水電解液の難燃性が十分に発揮され、電池の安全性を確保できる。
【選択図】なし
Description
する難燃剤が添加されていることで、電池を長期間に亘り放置しても、非水電解液中で難燃剤と有機溶媒とが官能基置換反応を起こしにくく、難燃剤としての性質が維持されるため、電池異常時に電池の安全性を確保することができる、という効果を得ることができる。
図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池20は、ケーシングとして、無底円筒状の電池容器5と、電池容器5の両端部に配置された2つの円盤状の電池蓋4とを有している。ケーシング内には、中空円筒状でポリプロピレン製の軸芯11を中心に正極板および負極板がセパレータを介して配置された電極群6が非水電解液(不図示)に浸潤されて収容されている。
次に、本実施形態のリチウムイオン電池20についてさらに詳しく説明するとともに、リチウムイオン電池20の作製手順について説明する。
電極群6を構成する正極板を以下の方法で作製した。正極用活物質としてマンガン酸リチウム(LiMn2O4)粉末と、導電剤として燐片状黒鉛(平均粒径:20μm)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを混合し、この混合物に分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加した後、混練してスラリを作製した。このスラリを厚み20μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布して正極合剤層とした。スラリの塗布の際に、アルミニウム箔の長寸方向に対して、側縁の一方に幅50mmの未塗布部分を残した。その後、乾燥、プレス、裁断して幅389mm、長さが5100mmの正極板を得た。なお、正極合剤層の厚さ(ただし、集電体の厚さは含まない)を275μm、集電体片面あたりの正極活物質塗布量を350g/m2とした。
一方、電極群6を構成する負極板を以下の方法で作製した。負極用活物質として人造黒鉛粉末と、結着剤としてPVDFとを混合し、この混合物に分散溶媒としてNMPを添加した後、混練してスラリを作製した。このスラリを厚みが10μmの圧延銅箔(負極集電体)の両面に塗布して負極合剤層を形成した。スラリの塗布の際には、銅箔の長寸方向に対して、側縁の一方に幅50mmの未塗布部を残した。その後乾燥、プレス、裁断して幅395mm、長さ5290mmの負極板を得た。負極合剤層の厚さ(集電体厚さは含まない。)を201μm、集電体片面あたりの負極活物質塗布量を130.8g/m2とした。
正極板と負極板を厚みが36μmのポリオレフィン系のポリエチレンを主体とした2枚の多孔質セパレータで挟んだ状態で捲回して電極群6を作製した。セパレータは合計4枚使用した。また、捲回は最初にセパレータの先端部分を軸芯11に熱溶着し、正極板、負極板、セパレータの位置を合わせて巻きズレの可能性を低減させた上で、これら正極板、負極板、セパレータを捲回した。なお、正極リード片9と負極リード片9’とは、それぞれ電極群6の反対側に位置するように配置した。捲回時に正極板、負極板、セパレータを適当な長さで切断することにより、電極群6の直径を63.6±0.1mmとした。
正極板から導出されている正極リード片9を集めて束にした状態で折り曲げて変形させた後、正極極柱13の鍔部7の周縁に接触させ、正極リード片9と鍔部7の周縁とを、超音波溶接装置を用いて溶接(接合)して電気的に接続した。なお、負極板についても同様に、負極リード片9’と負極極柱13’の鍔部7’の周縁とを超音波溶接して電気的に接続した。
本実施形態では、非水電解液に、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)を体積比が2:3で混合した後、電解質として6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットル溶解したものを用いた。また、非水電解液には難燃剤が添加されており、難燃剤には、エトキシ基を官能基として持つホスファゼンA(沸点194°C)を用いた。
次に、本実施形態のリチウムイオン電池20の効果等について説明する。
実施例1の電池は、非水電解液としてEC、DECの混合有機溶媒にLiPF6、ホスファゼンAを添加したものを用いた上記実施形態と同じリチウムイオン電池20である。一方、比較例の電池は、非水電解液にEC、ジメチルカーボネート(DMC)の混合有機溶媒を用いたこと以外は実施例1の電池と同様に作製した。
実施例及び比較例の各電池について、以下の測定、試験を行った。室温下で充電後に放電して放電容量を測定した。充電条件は、4.1V低電圧、制限電流50A、5時間とした。放電条件は、100A定電流、終止電圧3Vとした。その後、室温下にて50A定電流で充電状態(SOC)100%から150%まで連続充電試験を行った。電池は室温下で放置し、それぞれ30日後、100日後に同様に連続充電試験を行い、電池内部温度が上昇した際の非水電解液の分解ガスへの引火の有無をそれぞれ観察した。結果を表1に示す。
6 電極群
20 リチウムイオン電池
Claims (3)
- 正負極板をセパレータを介して配置した電極群が有機溶媒にリチウム塩を混合した非水電解液に浸潤され電池容器に収容されたリチウムイオン電池において、前記有機溶媒は複数の有機溶媒が混合されたものであり、前記非水電解液には前記複数の有機溶媒のうち少なくとも1種の有機溶媒と同様の官能基を有する難燃剤が添加されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
- 前記有機溶媒はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを含む混合有機溶媒であり、前記非水電解液には前記ジエチルカーボネートと同様のエトキシ基を有するホスファゼン系難燃剤が添加されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池。
- 前記非水電解液に対して前記難燃剤の添加量が5〜35質量%の範囲であることを特徴とする請求項2に記載のリチウムイオン電池。
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