JP6398171B2 - 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 - Google Patents
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Description
1.二次電池
1−1.二次電池の構成
1−1−1.正極
1−1−2.負極
1−1−3.セパレータ
1−1−4.電解質層
1−2.二次電池の動作
1−3.二次電池の製造方法
1−4.二次電池の作用および効果
2.二次電池の用途
2−1.電池パック
2−2.電動車両
2−3.電力貯蔵システム
2−4.電動工具
まず、本技術の一実施形態の二次電池(以下、単に「二次電池」または「本技術の二次電池」という。)について説明する。
図1は、二次電池の斜視構成を表しており、図2は、図1に示したII−II線に沿った巻回電極体10の断面構成を表している。
正極13は、例えば、正極集電体13Aの両面に正極活物質層13Bを有している。ただし、正極13は、正極集電体13Aの片面だけに正極活物質層13Bを有していてもよい。
(Mは、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム(V)、スズ(Sn)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、イッテルビウム(Yb)、銅、亜鉛(Zn)、バリウム(Ba)、ホウ素(B)、クロム(Cr)、ケイ素(Si)、ガリウム(Ga)、リン(P)、アンチモン(Sb)およびニオブ(Nb)のうちの少なくとも1種であり、zは、0.005<z<0.5を満たす。)
負極14は、例えば、負極集電体14Aの両面に負極活物質層14Bを有している。ただし、負極14は、負極集電体14Aの片面だけに負極活物質層14Bを有していてもよい。
セパレータ15は、正極13と負極14とを隔離することで、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながら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15は、例えば、合成樹脂およびセラミックなどの多孔質膜のうちのいずれか1種類または2種類以上であり、2種類以上の多孔質膜が積層された積層膜でもよい。合成樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどである。
電解質層16は、液状の電解質である電解液と、高分子化合物とを含んでおり、その電解液は、高分子化合物により保持されている。すなわち、ここで説明する電解質層16は、いわゆるゲル状の電解質である。高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に、電解液の漏液が防止されるからである。なお、電解質層16は、さらに、添加剤などの他の材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。
この二次電池は、例えば、以下のように動作する。充電時には、正極13からリチウムイオンが放出されると、そのリチウムイオンが電解質層16を介して負極14に吸蔵される。一方、放電時には、負極14からリチウムイオンが放出されると、そのリチウムイオンが電解質層16を介して正極13に吸蔵される。
電解質層16を備えた二次電池は、例えば、以下の3種類の手順により製造される。
この二次電池によれば、電解質層16中の高分子化合物は、ブロック・グラフト共重合体を含んでいる。この場合には、上記したように、高分子化合物の柔軟性が向上すると共に、電解液に対する高分子化合物の親和性が向上するため、両者の相乗作用により、高分子化合物の機械的強度の低下が最小限に抑えられつつ、その高分子化合物が電解液を保持しやすくなる。これにより、電解質層16のイオン伝導性が向上するため、充放電を繰り返しても高分子化合物の物性低下に起因する放電容量の低下が抑制される。よって、優れた電池特性を得ることができる。
次に、上記した二次電池の適用例について説明する。
図3は、電池パックのブロック構成を表している。この電池パックは、例えば、プラスチック材料などにより形成された筐体60の内部に、制御部61と、電源62と、スイッチ部63と、電流測定部64と、温度検出部65と、電圧検出部66と、スイッチ制御部67と、メモリ68と、温度検出素子69と、電流検出抵抗70と、正極端子71および負極端子72とを備えている。
図4は、電動車両の一例であるハイブリッド自動車のブロック構成を表している。この電動車両は、例えば、金属製の筐体73の内部に、制御部74と、エンジン75と、電源76と、駆動用のモータ77と、差動装置78と、発電機79と、トランスミッション80およびクラッチ81と、インバータ82,83と、各種センサ84とを備えている。この他、電動車両は、例えば、差動装置78およびトランスミッション80に接続された前輪用駆動軸85および前輪86と、後輪用駆動軸87および後輪88とを備えている。
図5は、電力貯蔵システムのブロック構成を表している。この電力貯蔵システムは、例えば、一般住宅および商業用ビルなどの家屋89の内部に、制御部90と、電源91と、スマートメータ92と、パワーハブ93とを備えている。
図6は、電動工具のブロック構成を表している。この電動工具は、例えば、電動ドリルであり、プラスチック材料などにより形成された工具本体98の内部に、制御部99と、電源100とを備えている。この工具本体98には、例えば、可動部であるドリル部101が稼働(回転)可能に取り付けられている。
試験用の二次電池として、図7に示したコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。この二次電池は、試験極111と対極113とがセパレータ115を介して積層されると共に、試験極111を収容する外装缶112と対極113を収容する外装カップ114とがガスケット116を介してかしめられたものである。
(1)
正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備え、
前記高分子化合物は、グラフト共重合体を含み、
前記グラフト共重合体は、主鎖として、ブロック共重合体を含むと共に、1または2以上の側鎖として、単独重合体および共重合体のうちの少なくとも一方を含み、
前記ブロック共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
前記単独重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチル、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、アクリル酸およびメタクリル酸のうちのいずれかを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチル、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、アクリル酸およびメタクリル酸のうちの2種類以上を含む、
二次電池。
(2)
前記ブロック共重合体において、フッ化ビニリデンの共重合量はヘキサフルオロプロピレンの共重合量よりも大きい、
上記(1)に記載の二次電池。
(3)
前記単独重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチル、トリフルオロエチレンおよびクロロトリフルオロエチレンのうちのいずれかを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチル、トリフルオロエチレンおよびクロロトリフルオロエチレンのうちの2種類以上を含む、
上記(1)または(2)に記載の二次電池。
(4)
前記ブロック共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の二次電池。
(5)
リチウムイオン二次電池である、
上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の二次電池。
(6)
上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池の動作を制御する制御部と、
その制御部の指示に応じて前記二次電池の動作を切り換えるスイッチ部と
を備えた、電池パック。
(7)
上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部と、
その駆動力に応じて駆動する駆動部と、
前記二次電池の動作を制御する制御部と
を備えた、電動車両。
(8)
上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池から電力を供給される1または2以上の電気機器と、
前記二次電池からの前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部と
を備え、
前記二次電池は、正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備えた、電力貯蔵システム。
(9)
上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池から電力を供給される可動部と
を備えた、電動工具。
(10)
上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の二次電池を電力供給源として備えた、電子機器。
Claims (8)
- 正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備え、
前記高分子化合物は、グラフト共重合体を含み、
前記グラフト共重合体は、主鎖として、ブロック共重合体を含むと共に、1または2以上の側鎖として、共重合体を含み、
前記ブロック共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびトリフルオロエチレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびクロロトリフルオロエチレンを含み、
前記ブロック共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、80重量%以上97重量%以下であり、
前記共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、75.5重量%以上93重量%以下であり、
前記共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
リチウムイオン二次電池。 - 前記ブロック共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
請求項1記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記グラフト共重合体の重量平均分子量は、10万以上300万以下である、
請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。 - リチウムイオン二次電池と、
そのリチウムイオン二次電池の動作を制御する制御部と、
その制御部の指示に応じて前記リチウムイオン二次電池の動作を切り換えるスイッチ部と
を備え、
前記リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備え、
前記高分子化合物は、グラフト共重合体を含み、
前記グラフト共重合体は、主鎖として、ブロック共重合体を含むと共に、1または2以上の側鎖として、共重合体を含み、
前記ブロック共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびトリフルオロエチレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびクロロトリフルオロエチレンを含み、
前記ブロック共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、80重量%以上97重量%以下であり、
前記共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、75.5重量%以上93重量%以下であり、
前記共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
電池パック。 - リチウムイオン二次電池と、
そのリチウムイオン二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部と、
その駆動力に応じて駆動する駆動部と、
前記リチウムイオン二次電池の動作を制御する制御部と
を備え、
前記リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備え、
前記高分子化合物は、グラフト共重合体を含み、
前記グラフト共重合体は、主鎖として、ブロック共重合体を含むと共に、1または2以上の側鎖として、共重合体を含み、
前記ブロック共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびトリフルオロエチレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびクロロトリフルオロエチレンを含み、
前記ブロック共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、80重量%以上97重量%以下であり、
前記共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、75.5重量%以上93重量%以下であり、
前記共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
電動車両。 - リチウムイオン二次電池と、
そのリチウムイオン二次電池から電力を供給される1または2以上の電気機器と、
前記リチウムイオン二次電池からの前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部と
を備え、
前記リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備え、
前記高分子化合物は、グラフト共重合体を含み、
前記グラフト共重合体は、主鎖として、ブロック共重合体を含むと共に、1または2以上の側鎖として、共重合体を含み、
前記ブロック共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびトリフルオロエチレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびクロロトリフルオロエチレンを含み、
前記ブロック共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、80重量%以上97重量%以下であり、
前記共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、75.5重量%以上93重量%以下であり、
前記共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
電力貯蔵システム。 - リチウムイオン二次電池と、
そのリチウムイオン二次電池から電力を供給される可動部と
を備え、
前記リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備え、
前記高分子化合物は、グラフト共重合体を含み、
前記グラフト共重合体は、主鎖として、ブロック共重合体を含むと共に、1または2以上の側鎖として、共重合体を含み、
前記ブロック共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびトリフルオロエチレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびクロロトリフルオロエチレンを含み、
前記ブロック共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、80重量%以上97重量%以下であり、
前記共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、75.5重量%以上93重量%以下であり、
前記共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
電動工具。 - リチウムイオン二次電池を電力供給源として備え、
前記リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、非水電解液および高分子化合物を含む電解質層とを備え、
前記高分子化合物は、グラフト共重合体を含み、
前記グラフト共重合体は、主鎖として、ブロック共重合体を含むと共に、1または2以上の側鎖として、共重合体を含み、
前記ブロック共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびトリフルオロエチレンを含み、
または、前記共重合体は、重合単位として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、マレイン酸モノメチルおよびクロロトリフルオロエチレンを含み、
前記ブロック共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、80重量%以上97重量%以下であり、
前記共重合体における前記フッ化ビニリデンの共重合量は、75.5重量%以上93重量%以下であり、
前記共重合体における前記ヘキサフルオロプロピレンの共重合量は、7重量%以上20重量%以下である、
電子機器。
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