JP6769451B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
正極活物質層は第1正極活物質および第2正極活物質を少なくとも含む。第1正極活物質は中央部に含まれている。第2正極活物質は端部に含まれている。
第1正極活物質は下記式(I):
LiNixM1 (1-x)O2 …(I)
〔ただし式中xは0.5≦x≦0.8を満たし、M1はCo、MnおよびAlからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
第2正極活物質は下記式(II):
LiNiyM2 (1-y)O2 …(II)
〔ただし式中yは0.2≦y≦0.4を満たし、M2はCoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
第1正極活物質の抵抗値に対する第2正極活物質の抵抗値の比は0.88以上1.13以下である。
図1は本実施形態のリチウムイオン二次電池の構成の一例を示す概略図である。
電池100はケース90を含む。ケース90は角形(扁平直方体形)である。ケース90は例えば円筒形であってもよい。ケース90は例えば金属製である。ケース90はアルミラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。ケース90は密閉されている。ケース90は電極群50および電解液(不図示)を収納している。すなわち電池100は電極群50および電解液を少なくとも含む。
電極群50は巻回型である。電極群50は、正極板10、セパレータ30、負極板20およびセパレータ30がこの順序で積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回されることにより形成されている。すなわち電極群50は正極板10および負極板20を少なくとも含む。電極群50においても、正極板10の幅方向(図2のx軸方向)の端部から水分が侵入し得ると考えられる。
図3は本実施形態の正極板の構成の一例を示す平面概略図である。
正極板10は帯状のシートである。正極板10は正極集電体11および正極活物質層12を含む。すなわち正極板10は正極活物質層12を少なくとも含む。正極活物質層12は正極集電体11の表面に形成されている。正極活物質層12は正極集電体11の表裏両面に形成されていてもよい。正極集電体11は例えばアルミニウム(Al)箔等であってもよい。正極集電体11は例えば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
端部比率は4.3%以上である。端部比率は、端部12Eの幅(WE)および中央部12Cの幅(WC)の合計に対する端部12Eの幅(WE)の比率〔WE/(WE+WC)〕を示す。端部比率が4.3%未満であると、Liの析出が起こる可能性がある。水分が中央部12Cに到達し得るためと考えられる。端部比率は例えば8.5%以下であってもよい。これにより例えば電池容量の増加が期待される。
正極活物質層12は第1正極活物質および第2正極活物質を少なくとも含む。第1正極活物質は中央部12Cに含まれている。例えば第1正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒を含む第1塗料が、正極集電体11の表面の所定領域に塗布され、乾燥されることにより、中央部12Cが形成されていてもよい。
LiNixM1 (1-x)O2 …(I)
〔ただし式中xは0.5≦x≦0.8を満たし、M1はCo、MnおよびAlからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
第2正極活物質は端部12Eに含まれている。例えば第2正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒を含む第2塗料が、正極集電体11の表面において中央部12Cの両側に塗布され、乾燥されることにより、端部12Eが形成されていてもよい。
LiNiyM2 (1-y)O2 …(II)
〔ただし式中yは0.2≦y≦0.4を満たし、M2はCoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
抵抗比は0.88以上1.13以下である。抵抗比は第1正極活物質の抵抗値(R1)に対する第2正極活物質の抵抗値(R2)の比(R2/R1)を示す。第1正極活物質の抵抗値(R1)は、第1正極活物質の組成および結晶性等により調整され得る。第2正極活物質の抵抗値(R2)は、第2正極活物質の組成および結晶性等により調整され得る。抵抗値(R1)および抵抗値(R2)は次のようにして測定される。
正極活物質層12は導電材およびバインダ等をさらに含んでもよい。導電材は例えばカーボンブラック、炭素短繊維、グラフェンフレーク、黒鉛等であってもよい。正極活物質層12に1種の導電材が単独で含まれていてもよい。正極活物質層12に2種以上の導電材が含まれていてもよい。導電材の含量は100質量部の正極活物質に対して、例えば0.1質量部以上10質量部以下であってもよい。中央部12Cと端部12Eとで導電材の含量は同じであってもよい。中央部12Cと端部12Eとで導電材の含量は互いに異なっていてもよい。
負極板20は帯状のシートである。負極板20は負極集電体21および負極活物質層22を含む。すなわち負極板20は負極活物質層22を少なくとも含む。負極活物質層22は負極集電体21の表面に形成されている。負極活物質層22は負極集電体21の表裏両面に形成されていてもよい。負極集電体21は例えば銅(Cu)箔等であってもよい。負極集電体21は例えば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
セパレータ30は帯状の平面形状を有する。セパレータ30は例えば10μm以上30μm以下の厚さを有してもよい。セパレータ30は電気絶縁性である。セパレータ30は正極板10および負極板20の間に配置されている。正極板10および負極板20はセパレータ30によって互いに隔離されている。セパレータ30は多孔質膜である。セパレータ30は例えばポリオレフィン製の多孔質膜等であってもよい。
電解液は溶媒および支持塩を少なくとも含む。電解液は各種の添加剤をさらに含んでもよい。電解液は例えば0.5mоl/L以上2mоl/L以下(0.5M以上2M以下)の支持塩を含んでもよい。支持塩は溶媒に溶解している。支持塩は、例えばLiPF6、LiBF4、Li[N(FSO2)2]、Li[N(CF3SO2)2]等であってもよい。電解液に1種の支持塩が単独で含まれていてもよい。電解液に2種以上の支持塩が含まれていてもよい。
実施例1〜7、比較例1〜8、参考例1〜2に係る電池100がそれぞれ製造された。各電池100における正極活物質層12の構成は下記表1に示される。
充放電サイクルが1000サイクル繰り返された。1サイクルは下記の放電および充電の一巡を示す。なお「20C」の電流では、電池100の定格容量が3分(180秒)で放電される。
充電:電流=20C、充電時間=100秒
比較例1〜3ではLiの析出が確認された。比較例1〜3ではハイニッケル正極活物質が単独で使用されている。そのため正極活物質層12の幅方向の端部において、ハイニッケル正極活物質に水分が吸着し、局所的に遷移金属が溶出していると考えられる。
Claims (1)
- 電極群および電解液を少なくとも含み、
前記電解液は溶媒および支持塩を少なくとも含み、
前記電極群は巻回型であり、
前記電極群は正極板および負極板を少なくとも含み、
前記正極板は正極活物質層を少なくとも含み、
前記正極活物質層は帯状の平面形状を有し、
前記正極活物質層は中央部および端部を含み、
前記正極活物質層の幅方向において、前記端部は前記正極活物質層の両端にそれぞれ配置されており、前記中央部は前記正極活物質層のうち前記端部を除く部分であり、かつ前記端部の幅および前記中央部の幅の合計に対する前記端部の幅の比率は4.3%以上8.5%以下であり、
前記正極活物質層は第1正極活物質および第2正極活物質を少なくとも含み、
前記第1正極活物質は前記中央部に含まれており、
前記第2正極活物質は前記端部に含まれており、
前記第1正極活物質は下記式(I):
LiNixM1 (1-x)O2 …(I)
〔ただし式中xは0.5≦x≦0.8を満たし、M1はCo、MnおよびAlからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表され、
前記第2正極活物質は下記式(II):
LiNiyM2 (1-y)O2 …(II)
〔ただし式中yは0.2≦y≦0.4を満たし、M2はCoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表され、
前記第1正極活物質の抵抗値に対する前記第2正極活物質の抵抗値の比は0.88以上1.13以下である、
リチウムイオン二次電池。
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