JP6796272B2 - 蓄電素子 - Google Patents
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Description
活物質の粒径D50と粒径D90とは、0.39≦粒径D50/(粒径D50+粒径D90)≦0.43 の関係式を満たす(式中、粒径D50は、粒度分布にて体積積算が50%となる粒径であり、粒径D90は、粒度分布にて体積積算が90%となる粒径である。)。
当該関係式を満たすことにより、プレスにより曲がることが抑制された電極が得られるメカニズムは必ずしも明らかではないが、以下の通りと推測される。すなわち、斯かる構成の蓄電素子によれば、活物質の粒径が上記の関係式を満たすため、電極がプレスされても、活物質層において、より大きい粒子の間により小さい粒子が適度に入り込む。小さい粒子が大きい粒子の間に入り込む分、厚み方向の圧縮力が活物質層の面方向に分散される。従って、電極基材の一部に圧縮力が集中することが抑えられる。これにより、活物質層が電極基材に比較的均等な力で押し付けられる。電極基材に対して比較的均等に力が加わることから、不均一な圧縮力で電極基材が伸びることが抑えられる。従って、厚み方向に波打つように電極が曲がることを抑制できる。また、例えば、矩形状の電極基材の一辺に沿って電極基材が露出した電極の場合、プレスされると、露出した側を内側にして電極が湾曲しやすい。しかしながら、電極基材が不均一に伸びることが上記のごとく抑えられる分、電極が湾曲することを抑制できる。このように、斯かる構成の蓄電素子によれば、電極が曲がることを抑制できる。
(1)正極の作製
所定の粒度分布を有する活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)を用意した。粒度分布から求めた活物質の粒径D50は、3.8μmであり、粒径D90は、5.0μmであった。溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)と、導電助剤(アセチレンブラック)と、バインダ(PVdF)と、活物質とを、混合し、混練することで、正極用の合剤を調製した。導電助剤、バインダ、活物質の配合量は、それぞれ4.5質量%、4.5質量%、91質量%とした。調製した正極用の合剤をアルミニウム箔(15μm厚み)の両面に、乾燥後の塗布量(目付量)が17.2mg/cm2となるようにそれぞれ塗布した。乾燥後、ロールプレスを行った。ロールプレスは、活物質層の充填密度が2.7g/cm3となるように行った。その後、真空乾燥して、水分を除去した。活物質層(1層分)の厚みは、32μmであった。
正極の活物質の粒度分布は、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて測定した。そして、粒度分布から、粒径D50及び粒径D90を求めた。なお、粒径D10についても同様にして求めた。測定条件の詳細は、下記の通りである。
・装置名、型式、メーカー名
メーカー:マイクロトラック・ベル社
装置 :レーザー回折・散乱式 粒度分布測定装置
型式 :MT3000EXII
・前処理
分散媒:蒸留水
分散剤:製品名「エキストランMA02 ニュートラル」(メルク社) 0.5%
(蒸留水に0.5%のエキストランMA02 ニュートラルを希釈させた溶液を溶媒として使用した)
・サンプリング
循環器(SDC(SampleDelivery Controller))のバスに前処理で調整した溶液を循環させ、透過率が0.85±0.05になるように少量ずつサンプル(活物質の粉体)を投入した。
・分散
分散条件:循環器(SDC(SampleDelivery Controller))にサンプル(活物質)を投入後、流速24mL/secで循環させながら、超音波を40Wの出力で120sec照射した。
・測定条件
分散後、測定時間10secで5回測定を行い、5回の結果を平均した。
活物質としては、粒径D50が4μmの粒子状の難黒鉛化炭素を用いた。また、バインダとしては、PVdFを用いた。負極用の合剤は、溶剤としてNMPと、バインダと、活物質とを混合、混練することで調製した。バインダは、7質量%となるように配合し、活物質は、93質量%となるように配合した。調製した負極用の合剤を、乾燥後の塗布量(目付量)が7.9mg/cm2となるように、銅箔(10μm厚み)の両面にそれぞれ塗布した。乾燥後、ロールプレスを行い、真空乾燥して、水分を除去した。活物質層(1層分)の厚みは、35μmであった。
セパレータとして厚みが22μmのポリエチレン製微多孔膜を用いた。ポリエチレン製微多孔膜の透気度は、100秒/100ccであった。
電解液としては、以下の方法で調製したものを用いた。非水溶媒として、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートを、いずれも1容量部ずつ混合した溶媒を用い、この非水溶媒に、塩濃度が1mol/LとなるようにLiPF6を溶解させ、電解液を調製した。
上記の正極、上記の負極、上記の電解液、セパレータ、及びケースを用いて、一般的な方法によって電池を製造した。
まず、セパレータが上記の正極および負極の間に配されて積層されてなるシート状物を巻回した。次に、巻回されてなる電極体を、ケースとしてのアルミニウム製の角形電槽缶のケース本体内に配置した。続いて、正極及び負極を2つの外部端子それぞれに電気的に接続させた。さらに、ケース本体に蓋板を取り付けた。上記の電解液を、ケースの蓋板に形成された注液口からケース内に注入した。最後に、ケースの注液口を封止することにより、ケースを密閉した。
正極の作製において、粒径D50が3.9μmであり且つ粒径D90が5.7μmである活物質を用いた点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。
正極の作製において、粒径D50が5.6μmであり且つ粒径D90が8.8μmである活物質を用いた点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。
正極の作製において、粒径D50が6.0μmであり且つ粒径D90が9.0μmであり、組成がLiNi1/6Co2/3Mn1/6O2である活物質を用いた点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。
正極の作製において、粒径D50が5.1μmであり且つ粒径D90が8.2μmである活物質を用いた点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。
正極の作製において、粒径D50が5.5μmであり且つ粒径D90が8.8μmである活物質を用いた点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。
正極の作製において、粒径D50が5.7μmであり且つ粒径D90が7.3μmである活物質を用いた点以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。
正極の湾曲値を次のようにして測定した。まず、正極を真空乾燥させ、真空乾燥後の正極を2mの長さで切り取った。次に、5mのまっすぐな金尺の長手方向と、正極の長手方向とが概ね平行となるように、切り取った正極を配置した。露出部の長手方向の一方の端部(角部)、および、他方の端部(角部)を金尺に接地させた。露出部の長手方向の一方の端から1m部分(すなわち、正極の長手方向中央部)において、露出部の端縁から金尺までの隙間の距離を測定した。測定では、最小単位0.1mmのスケールルーペを用い、測定値を湾曲値(mm)とした。
2:電極体、
26:露出積層部、
3:ケース、 31:ケース本体、 32:蓋板、
4:セパレータ、
5:集電体、 50:クリップ部材、
6:絶縁カバー、
7:外部端子、 71:面、
11:正極、
111:正極の金属箔(正極基材)、 112:正極活物質層、
12:負極、
121:負極の金属箔(負極基材)、 122:負極活物質層、
104:被覆部、 105:露出部、
91:バスバ部材、
100:蓄電装置。
Claims (2)
- 箔状の電極基材と、該電極基材に重ねられ且つ粒子状の活物質(ただし、SiとOとを含む場合を除く)を含む活物質層と、を有する負極を備え、
前記活物質の粒径D10は1μm以上3.3μm以下であり、
前記活物質の粒径D50は2μm以上6.0μm以下であり、
前記活物質の粒径D90は3μm以上9.0μm以下であり、
前記活物質の粒径D50と粒径D90とは、0.39≦粒径D50/(粒径D50+粒径D90)≦0.43の関係式を満たし(粒径D10は、粒度分布にて体積換算が10%となる粒径であり、粒径D50は、粒度分布にて体積積算が50%となる粒径であり、粒径D90は、粒度分布にて体積積算が90%となる粒径である。)、
前記負極は、前記電極基材に前記活物質層が重なることによって前記電極基材が覆われた被覆部と、前記電極基材に前記活物質層が重ならず前記電極基材が露出した露出部とを有し、
前記電極基材は帯状であり、前記露出部は前記電極基材の短手方向の少なくとも一端部に設けられている蓄電素子。 - 前記負極が厚み方向に積み重なっている、請求項1に記載の蓄電素子。
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