JP6213506B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
2≦α/β≦2.85・・・式1
α≦12cm3・・・式2。
図1は、本発明の実施形態の非水電解質二次電池の斜視図である。本実施形態の非水電解質二次電池では、電極体11と非水電解質(不図示)とが電池ケース1の内部に設けられている。そのため、図1においては、本実施形態の非水電解質二次電池の内部構造の一部を示している。電池ケース1には、正極端子3と負極端子7とが設けられている。
図2は、本実施形態の電極体11の断面図である。電極体11は、正極13と、負極17と、正極13と負極17との間に設けられたセパレータ15とを有する。電極体11では、正極13と負極17とがセパレータ15を挟んで巻回されている。
セパレータ15は、正極13に対向する第1セパレータ層15Aと、負極17に対向する第2セパレータ層15Bとを有する。第1セパレータ層15Aに形成されている空孔の総容積(cm3)をαと表し、第2セパレータ層15Bに形成されている空孔の総容積(cm3)をβと表した場合、下記式1と下記式2とが満たされている。
2≦α/β≦2.85・・・式1
α≦12cm3・・・式2。
第1セパレータ層15Aは、PE(polyethylene)又はPP(polypropylene)からなる多孔膜であることが好ましい。第1セパレータ層15Aは、3μm以上20μm以下の厚さを有することが好ましく、65%以上85%以下の空孔率を有することが好ましい。
第2セパレータ層15Bは、PE又はPPからなる多孔膜であることが好ましい。第2セパレータ層15Bは、3μm以上20μm以下の厚さを有することが好ましく、5%以上80%以下の空孔率を有することが好ましい。
正極集電体13Aとしては、非水電解質二次電池の正極集電体として従来公知の正極集電体を特に限定されることなく使用でき、例えば、厚さが5μm以上50μm以下のアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔を使用できる。
負極集電体17Aとしては、非水電解質二次電池の負極集電体として従来公知の負極集電体を特に限定されることなく使用でき、例えば、厚さが5μm以上50μm以下の銅箔を使用できる。
非水電解質としては、非水電解質二次電池の非水電解質として従来公知の非水電解質を特に限定されることなく使用できる。非水電解質は、例えば1種以上の有機溶媒と1種以上のリチウム塩(例えばLiPF6)とを含むことが好ましく、より好ましくは過充電抑制剤(例えばシクロヘキシルベンゼン又はビフェニルなど)をさらに含む。有機溶媒としてはゲル溶媒を用いても良い。
次に示す方法にしたがって本実施形態の非水電解質二次電池を製造できる。
[実施例1]
<リチウムイオン二次電池の製造>
(正極の作製)
正極活物質として、Liと3種の遷移金属元素(Co、Ni及びMn)とを含む複合酸化物からなる粉末(比表面積が2.5m2/g)を準備した。質量比で90:8:2となるように正極活物質とアセチレンブラック(導電剤)とPVDF(結着剤)とを混ぜ、NMP(N-methylpyrrolidone)で希釈して、正極合剤ペーストを得た。
負極活物質として、天然黒鉛を核材とする炭素材料を準備した。質量比で98:1:1となるように負極活物質とCMC(carboxymethylcellulose)(増粘剤)とポリフッ化ビニリデン(結着剤)とを混ぜ、水で希釈して、負極合剤ペーストを得た。
PP製の第1セパレータ層(厚さが20μm、空孔率が85%)とPP製の第2セパレータ層(厚さが20μm、空孔率が30%)とを準備した。第1セパレータ層の厚さ、第1セパレータ層の空孔率、第2セパレータ層の厚さ及び第2セパレータ層の空孔率はいずれも前述の方法にしたがって測定された。第1セパレータ層と第2セパレータ層とを積層してセパレータを得た。
第1セパレータ層が正極合剤層に対向するとともに第2セパレータ層が負極合剤層に対向するように、正極合剤層と負極合剤層との間にセパレータを配置した。また、正極露出部と負極露出部とがセパレータから逆向きに突出するように、正極と負極とセパレータとを配置した。
体積比で30:40:30となるようにEC(ethylene carbonate)とDMC(dimethyl carbonate)とEMC(ethyl methyl carbonate)とを混合して、混合溶媒を得た。この混合溶媒に、濃度が1.0mol/LとなるようにLiPF6を入れた。調製された非水電解液を蓋体の注液用孔から注入した後、電池ケース内を減圧した。これにより、非水電解液は、正極合剤層、負極合剤層及びセパレータに含浸された。その後、注液用孔を封止した。このようにして実施例1のリチウムイオン二次電池が得られた。
(温度の上昇量)
製造されたリチウムイオン二次電池に対して、−10℃において10Cの電流で電池電圧が4Vになるまで充電した。その後、電池電圧を4Vよりも更に上昇させてリチウムイオン二次電池の充電を継続させた(過充電)。
(温度の上昇量)=(最高温度)−(充電停止直後の電池ケースの温度)・・・式3。
実施例1のリチウムイオン二次電池の製造方法にしたがって参照用リチウムイオン二次電池(第1セパレータ層の空孔率:50%、第2セパレータ層の空孔率:50%)を製造し、参照用リチウムイオン二次電池に対して上記評価と同様の評価を行った。下記式4を用いて最高温度の差を算出した。結果を表1に示す。
(最高温度の差)=(実施例1のリチウムイオン二次電池の最高温度)−(参照用リチウムイオン二次電池の最高温度)・・・式4。
第1セパレータ層の空孔率または第1セパレータ層及び第2セパレータ層の各空孔率が異なることを除いては実施例1に記載の方法にしたがってリチウムイオン二次電池を製造し、実施例1に記載の方法にしたがってリチウムイオン二次電池を評価した。結果を表1に示す。表1の「温度の上昇量(℃)」における括弧内の数字は見込み値である(比較例1、2、5及び6)。
表1に示すように、実施例1〜8では、温度の上昇量が10℃以下であり、最高温度の差が10℃以下であった。一方、比較例1、2、5及び6では、最高温度の差が10℃を超えた。また、比較例3、4及び7〜16では、温度の上昇量が10℃を超え、最高温度の差が10℃を超えた。この結果から、上記式1と上記式2とが満たされていればリチウムイオン二次電池の安全性がより一層高まることが分かった。
[実施例9〜12]
正極活物質の比表面積が異なることを除いては実施例3に記載の方法にしたがってリチウムイオン二次電池を製造し、実施例1に記載の方法にしたがってリチウムイオン二次電池を評価した。結果を表2に示す。
測定温度の範囲:100℃〜250℃
測定用サンプル:正極活物質が非水電解液に分散されたもの。
Claims (3)
- 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータと、少なくとも前記セパレータに保持された非水電解質とを備え、
前記セパレータは、前記正極に対向する第1セパレータ層と、前記負極に対向する第2セパレータ層とを少なくとも有し、
前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層は、それぞれシャットダウン機能を有し、
前記第1セパレータ層の厚さと前記第2セパレータ層の厚さとが同一であり、
前記第1セパレータ層の空孔率(%)をαと表し、前記第2セパレータ層の空孔率(%)をβと表した場合、下記式1と下記式2とが満たされている非水電解質二次電池。
2≦α/β≦2.85・・・式1
α<90・・・式2 - 過充電時、前記第2セパレータ層が前記第1セパレータ層よりも先にシャットダウンするように構成されている請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極は、比表面積が2.5m2/g以下である正極活物質を含む請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。
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