JP5381588B2 - リチウムイオン二次電池、車両及び電池搭載機器 - Google Patents
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Description
特許文献1には、負極板(負電極板)の活物質塗着部(負極活物質層)の幅を、正極板(正電極板)の活物質塗着部(正極活物質層)の幅よりも大きく設定した捲回型のリチウムイオン二次電池が開示されている。
この電池では、負極活物質層の対向部と負極集電板との間のほか、非対向部と負極集電板との間でも、電子のやりとりが可能である。このため、この電池を充電すると、正極活物質層から放出されたリチウムイオンが、対向する負極活物質層の対向部内に挿入されるほか、正極活物質層の端部から外側に拡がるようにリチウムイオンが移動して、非対向部の内部にも挿入される。
しかしながら、この非対向部は、対向する正極活物質層が存在しないので、放電の際には、この非対向部からその内部にあるリチウムイオンを放出させ難い。つまり、この非対向部は、負極活物質層でありながら、リチウムイオンを吸蔵するだけで、放電に関与し難い。このため、充電の際に非対向部に挿入されたリチウムイオンの分だけ、放電の際に負極活物質層から放出しうるリチウムイオンの量が減少してしまう、即ち、電池容量が低下してしまう。
また、絶縁部材の材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系で、絶縁性で透孔を有さない中実(稠密)の樹脂や、酸化アルミニウム等の金属酸化物が挙げられる。
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態1にかかる電池1について、図1を参照して説明する。
この電池1は、いずれも長手方向DAに延びる帯状の正電極板30、負電極板20及びセパレータ50を備え、これらを長手方向DAに捲回して捲回型の発電要素10をなし、セパレータ50にリチウムイオンを含む電解液60を含浸させてなるリチウムイオン二次電池である(図1参照)。なお、電池1は、図1に示すように、発電要素10を電池ケース80に収容してなる。
この正極活物質層31は、LiCoO2からなる正極活物質粒子37と、アセチレンブラックからなる導電材(図示しない)と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる結着材(図示しない)とを含む。
このうち負極活物質層21は、いずれもグラファイトからなる負極活物質粒子27、及び、PVDFからなる結着材(図示しない)を含む。
具体的には、負極活物質層21の面積が、対向する正極活物質層31の面積に比して大きく、対向部22は、負極活物質層21の、長手方向DA及び幅方向DBのそれぞれ中央に位置する一方、非対向部23は、対向部22に隣接した周囲に位置している。このため、電池1を充電した際、負極活物質層21の周縁に位置する銅箔28に金属リチウムが析出するのを防止できる。
まず、負電極板20の銅箔28の主面28F上に絶縁部材26を塗布により形成した。具体的には、図5に示す、軟化したポリプロピレンを自身の内部に貯留した第1ダイコータDC1を2つ用いて、銅箔28の主面28F上のうち、負極活物質層21の第1非対向部24,24が形成される位置に、絶縁部材26をなすポリプロピレンを長手方向DAに延びる帯状に二条塗布し、乾燥させた。
この第2ダイコータDC2は、ペースト21Pを内部に貯留するペースト貯留部DCTと、このペースト貯留部DCTのペースト21Pを銅箔28に向けて連続的に吐出する吐出口DCSとを有する。
このうち、ペースト貯留部DCTは、この内部に、結着材を溶解したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に前述したグラファイトからなる負極活物質粒子を投入し、混練してできたペースト21Pを自身の内部に貯留している。また、吐出口DCSは、スリット状で幅方向DBに平行に開口している。但し、吐出口DCSのうち、幅方向DBの中央の中央吐出口DS1が、幅方向DBの両端側の端側吐出口DS2に比して、長手方向DAに広く開口している。即ち、中央吐出口DS1の長手方向DAの第1寸法S1が、端側吐出口DS2の第2寸法S2よりも大きい(S1>S2)。このため、予め塗布された絶縁部材26の有無にかかわらず、銅箔28上の塗布後のペースト21Pの高さを幅方向DAに同じにすることができる。
このような第2ダイコータDC2を用いて、絶縁部材26を塗布した銅箔28上に、ペースト21Pを長手方向DAに延びる帯状に塗布した(図5参照)。
その後、図示しないロールプレスで高密度化して、負極活物質層21と、この負極活物質層21のうち、セパレータ50を介して正電極板30と対向させた際に第1非対向部24となる部位、及び、銅箔28の間に介在する絶縁部材26とを有する負電極板20を作製した(図3参照)。
次に、本発明の変形形態1にかかる電池101について、図6〜8を参照しつつ説明する。
この電池101は、複数の正電極板と複数の負電極板とを、セパレータを介して交互に積層してなる積層型発電要素を有する点で、前述の実施形態1にかかる電池1と異なり、それ以外は同様である。
そこで、実施形態1にかかる電池1と異なる点を中心に説明し、同様の部分の説明は省略、又は、簡略化する。なお、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
この正極活物質層131は、いずれも実施形態1と同様の正極活物質粒子37、導電材(図示しない)及び結着材(図示しない)を含む。
このうち負極活物質層121は、いずれも実施形態1と同様の負極活物質粒子27及び結着材(図示しない)を含む。
具体的には、負極活物質層121の面積が、対向する正極活物質層131の面積に比して大きく、負極活物質層121の周縁には非対向部123が位置する一方、この非対向部123に隣接しつつ、負極活物質層121の中央には対向部122が位置している。このため、電池101を充電した際、負極活物質層121の周縁に位置する銅箔128に金属リチウムが析出するのを防止できる。
まず、負電極板120の銅箔128の主面128F上に絶縁部材126を塗布により形成した。具体的には、銅箔128の主面128F上のうち、負極活物質層121の非対向部123,123が形成される位置(図8参照)に、絶縁部材126をなすポリプロピレンを矩形環状に塗布し、乾燥させた。
その後、図示しないロールプレスで高密度化して、負極活物質層121と、この負極活物質層121のうち、セパレータ150を介して正電極板130と対向させた際に非対向部123となる部位、及び、銅箔128の間に介在する絶縁部材126とを有する負電極板120を作製した(図8参照)。
さらに、積層方向の最外側に位置する負電極板120のうち、外側に露出している負極活物質層121の外側に、セパレータ150を介して、アルミ箔138の一方の主面にのみ正極活物質層131を形成した正電極板(図示しない)を配置、積層する。一方、積層方向の他方の最外側に位置するセパレータ150の外側に、銅箔128の一方の主面にのみ負極活物質層121を形成した負電極板(図示しない)を配置、積層する。
これにより、複数の負電極板120の全てにおいて、負極活物質層121の対向部122に、セパレータ150を介して正極活物質層131が対向する積層型の発電要素110ができあがる(図6参照)。
本実施形態2にかかる車両200は、前述した電池1,101を複数含むバッテリパック210を搭載したものである。具体的には、図9に示すように、車両200は、エンジン240、フロントモータ220及びリアモータ230を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両200は、車体290、エンジン240、これに取り付けられたフロントモータ220、リアモータ230、ケーブル250、インバータ260、及び、矩形箱形状のバッテリパック210を有している。このうちバッテリパック210は、前述した電池1,101を複数収容してなる。
また、本実施形態3のハンマードリル300は、前述した電池1,101を含むバッテリパック310を搭載したものであり、図10に示すように、バッテリパック310、本体320を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック310はハンマードリル300の本体320のうち底部321に可能に収容されている。
例えば、実施形態1,変形形態1では、ポリプロピレン製の絶縁部材を用いたが、例えば、ポリエチレン等のポリオレフィン系で、絶縁性で透孔を有さない中実の樹脂や、酸化アルミニウム等の金属酸化物としても良い。また、実施形態1では、非対向部23のうち、第1非対向部24にのみ絶縁部材を介在させたが、例えば、第1非対向部24と共に、第2非対向部25についても絶縁部材を介在させても良い。この場合には、電池の充電の際にリチウムイオンが挿入される非対向部23の領域をなくすことができる。
10,110 発電要素(捲回型発電要素)
20,120 負電極板
21,121 負極活物質層
22,122 対向部
23,123 非対向部
24 第1非対向部(幅方向端側非対向部)
26,126 絶縁部材
27 負極活物質粒子
28,128 銅箔(負極集電板)
30,130 正電極板
31,131 正極活物質層
37 正極活物質粒子
38,138 アルミ箔(正極集電板)
50 セパレータ
200 車両
300 ハンマードリル(電池搭載機器)
DA 長手方向
DB 幅方向
Claims (4)
- 導電性を有する正極集電板、及び、正極活物質粒子を含み上記正極集電板上に配置された正極活物質層を有する正電極板と、
導電性を有する負極集電板、及び、負極活物質粒子を含み上記負極集電板上に配置された負極活物質層を有する負電極板と、
上記正電極板と上記負電極板との間に介在してなるセパレータと、を備え、
上記セパレータを介して、上記正極活物質層と上記負極活物質層とが対向する
リチウムイオン二次電池であって、
上記負極活物質層は、
上記セパレータを介して、上記正極活物質層と対向する対向部と、
上記セパレータを介して対向する上記正極活物質層が存在しない非対向部と、からなり、
上記負電極板は、
上記負極活物質層の上記非対向部と上記負極集電板との間の少なくとも一部に介在する絶縁性の絶縁部材を有する
リチウムイオン二次電池。 - 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池であって、
いずれも長手方向に延びる帯状の前記正電極板、前記負電極板及び前記セパレータは、
上記長手方向に捲回されて捲回型発電要素をなし、
上記長手方向に延びる帯状の前記負極活物質層のうち、前記非対向部は、
上記長手方向と直交する幅方向の両端側にそれぞれ位置する幅方向端側非対向部を含み、
前記絶縁部材は、
上記長手方向に延びる帯状で、上記幅方向端側非対向部と前記負極集電板との間に介在してなる
リチウムイオン二次電池。 - 請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池に蓄えた電気エネルギを動力源の全部又は一部に使用する車両。
- 請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池に蓄えた電気エネルギを駆動エネルギ源の全部又は一部に使用する電池搭載機器。
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