JP6984156B2 - 電池 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態の電池の構成の一例を示す概略図である。電池100は、筐体80を含む。筐体80は角形(扁平直方体形)である。ただし筐体は円筒形であってもよいし、袋状であってもよい。筐体80は、たとえば、アルミニウム(Al)合金、ステンレス(SUS)、鉄(Fe)等の金属材料により構成され得る。筐体は、たとえば、金属材料と樹脂材料との複合材料(たとえばアルミラミネートフィルム等)により構成されていてもよい。
図2は、本実施形態の極板群の構成の一例を示す概略図である。極板群50は、極板とセパレータ30とを含む。極板群50は、極板が複数積層されることにより構成されている。セパレータ30は、極板同士の間に配置されている。セパレータ30を挟んで隣接する2つの極板は、互いに異なる極性を有する。すなわち、セパレータ30を挟んで隣接する2つの極板のうち一方は正極板10であり、他方は負極板20である。
粒子層5は、面ファスナーのフックとして機能し得る。粒子層5は、極板(正極板10および負極板20の少なくとも一方)の表面に形成されている。粒子層5は、極板の片面のみに形成されていてもよいし、極板の両面に形成されていてもよい。粒子層5は、たとえば、2μm以上7μm以下の厚さを有してもよい。この厚さ範囲で剥離強度の向上が期待される。本明細書の各構成の「厚さ」は、各構成の断面顕微鏡画像において測定され得る。顕微鏡は、光学顕微鏡であってもよいし、電子顕微鏡であってもよい。厚さは、断面顕微鏡画像内の少なくとも3箇所で測定される。少なくとも3箇所の算術平均が測定結果として採用される。
正極板10は、正の極性を有する極板である。正極板10の平面形状は、たとえば、矩形状であり得る。正極板10は、典型的には正極集電体11と、正極活物質層12とを含む。粒子層5は、正極活物質層12の表面の少なくとも一部に形成され得る。粒子層5は、不織布層32と接する限り、正極活物質層12の表面の一部に形成されていてもよいし、正極活物質層12の全面に形成されていてもよい。ただし粒子層5と不織布層32との接触面積が広い程、剥離強度の向上が期待される。
負極板20は、負の極性を有する極板である。負極板20の平面形状は、たとえば、矩形状であり得る。負極板20は、典型的には負極集電体21と、負極活物質層22とを含む。粒子層5は、負極活物質層22の表面の少なくとも一部に形成され得る。粒子層5は、不織布層32と接する限り、負極活物質層22の表面の一部に形成されていてもよいし、負極活物質層22の全面に形成されていてもよい。ただし粒子層5と不織布層32との接触面積が広い程、剥離強度の向上が期待される。
セパレータ30は、電気絶縁性であり、かつ多孔質である。セパレータ30の平面形状は、たとえば、矩形状であり得る。セパレータ30は、たとえば、10〜50μmの厚さを有してもよい。セパレータ30は、少なくともその表面に不織布層32を含む。不織布層32は、面ファスナーのループとして機能し得る。
電解液は、液体電解質である。電解液は、溶媒と支持電解質とを含む。支持電解質は溶媒に溶解している。電解液は、たとえば、0.5〜2mоl/lの支持電解質を含んでもよい。支持電解質は、たとえば、LiPF6、LiBF4、Li[N(FSO2)2]、Li[N(CF3SO2)2]等であってもよい。1種の支持電解質が単独で使用されてもよいし、2種以上の支持電解質が組み合わされて使用されてもよい。
本実施形態によれば、従来極板の固定に使用されてきた高分子接着剤の低減あるいは撤廃が可能である。これにより電池抵抗の低減が期待される。すなわち本実施形態の電池は高出力を有し得る。本実施形態は、積層型電池に適する。積層型電池とは、極板群が巻回されていない電池を示す。積層型電池は、筐体80内のデットスペースが少ないため、高容量を有し得る。すなわち本実施形態の電池は、高出力かつ高容量を有し得る。
以下のように、試料No.1〜23が製造された。試料No.22および23が比較例であり、それら以外の試料が実施例である。
1.極板の製造
以下の材料が準備された。
正極活物質粒子:LiNi0.82Co0.15Mn0.03O2粒子
導電性粒子:アセチレンブラック
バインダ:PVdF
溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
正極集電体:Al箔
負極活物質粒子:黒鉛粒子
バインダ:CMC、SBR
溶媒:水
負極集電体:Cu箔
繊維状粒子:窒化珪素粒子(平均繊維長=4μm、平均繊維径=0.5μm)
バインダ:PVdF
溶媒:NMP
不織布層(PP繊維製、平均細孔径=1.0μm、厚さ=25μm)のみを含むセパレータが準備された。極板が複数積層された。セパレータが極板同士の間に配置された。これにより極板群が製造された。この極板群において、極板の合計枚数は8枚である。
以下の組成を有する電解液が準備された。
溶媒:[EC:DMC:EMC=3:4:3(体積比)]
支持電解質:LiPF6(1.0mоl/l)
下記表1に示される平均繊維長および平均繊維径を有する繊維状粒子(窒化珪素粒子)が使用されることを除いては、試料No.1と同様に、電池が製造された。なお下記表1中の平均繊維長および平均繊維径は、いずれもシスメックス社製のフロー式粒子像分析装置「FPIA−2000」により測定された値である。
窒化珪素粒子に代えて、下記表1に示される炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子が使用されることを除いては、試料No.1と同様に、電池が製造された。
下記表1に示される平均細孔径を有する不織布層(セパレータ)が使用されることを除いては、試料No.1と同様に、電池が製造された。
下記表1に示される厚さを有する粒子層が形成されることを除いては、試料No.1と同様に、電池が製造された。
高分子接着剤(PVdF接着剤)が準備された。正極板および負極板の表面(表裏両面)に、高分子接着剤が塗布され、乾燥された。これにより5μmの厚さを有する接着剤層が形成された。こうして得られた接着剤層を含む極板が使用されることを除いては、試料No.1と同様に、電池が製造された。
不織布層(セパレータ)の表面に、PVdF接着剤が塗布され、乾燥された。これにより5μmの厚さを有する接着剤層が形成された。こうして得られた接着剤層を含むセパレータと、粒子層を含まない極板とが使用されることを除いては、試料No.1と同様に、電池が製造された。
1.剥離強度
「JIS Z 0237(2009)粘着テープ・粘着シート試験方法」に準拠した90°剥離強度により、極板からセパレータを引き剥がす際の剥離強度が測定された。結果は下記表1の「剥離強度」の欄に示されている。剥離強度が高い程、極板とセパレータとが強く固定されていることを示している。
各試料は50個ずつ製造された。個々の電池の開路電圧(OCV)が測定された。50個の平均開路電圧が算出された。平均開路電圧よりも、0.2mV以上低い開路電圧を有する電池が不良品とされた。不良品数が全数(50個)で除されることにより、不良率が算出された。結果は下記表1の「OCV不良率」の欄に示されている。OCV不良は、主に極板の位置ずれにより生じると考えられる。
電池の電圧が3.7Vに調整された。25℃環境において、0.8Aの電流により電池が10秒間放電された。放電開始から10秒後の電圧降下量が測定された。電圧降下量が電流で除されることにより、直流抵抗が算出された。結果は下記表1の「直流抵抗」の欄に示されている。直流抵抗が低い程、電池抵抗が低減されていることを示している。
1.平均繊維長、平均繊維径およびアスペクト比について
平均繊維長が粒子層の厚さ未満であると、剥離強度が低い傾向が認められる(試料No.1、2)。繊維状粒子の先端が、粒子層の表面に露出し難くなるためと考えられる。よって繊維状粒子は、粒子層の厚さ以上の平均繊維長を有してもよい。アスペクト比が小さくなると、剥離強度が低くなる傾向も認められる(試料No.1、2)。
繊維状粒子が、窒化珪素粒子、炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子のいずれであっても、略同様の剥離強度が得られた(試料No.10、16、17)。窒化珪素、炭化珪素およびチタン酸カリウムは、モース硬度が近似している。そのため粒子形状が近似していれば、同様の剥離強度になると考えられる。
No.22および23は、直流抵抗が高い。高分子接着剤がリチウムイオンの移動を阻害するためと考えられる。
Claims (5)
- 少なくとも極板群
を含み、
前記極板群は、極板とセパレータとを含み、
前記極板群は、前記極板が複数積層されることにより構成されており、
前記セパレータは、前記極板同士の間に配置されており、
前記極板は、少なくともその表面に粒子層を含み、
前記セパレータは、少なくともその表面に不織布層を含み、
前記粒子層は、繊維状粒子を含み、
前記粒子層および前記不織布層は、互いに接しており、
前記粒子層および前記不織布層は、面ファスナー構造を形成しており、
前記面ファスナー構造においては、前記不織布層に含まれる繊維が形成するループに、前記繊維状粒子が引っ掛かっている、
電池。 - 前記繊維状粒子は、前記粒子層の厚さ以上の平均繊維長を有する、
請求項1に記載の電池。 - 前記繊維状粒子は、前記不織布層の平均細孔径以上の平均繊維径を有する、
請求項1または請求項2に記載の電池。 - 前記繊維状粒子は、前記不織布層の厚さ以下の平均繊維長を有する、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電池。 - 前記繊維状粒子は、窒化珪素粒子、炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子からなる群より選択される少なくとも1種である、
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電池。
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