JP7003775B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100の断面模式図である。図1に示すように、リチウムイオン二次電池100は、発電素子40と外装体50とを備える。発電素子40には電解液が含浸されている。外装体50は、電解液が外部に漏洩すること、及び、外部の空気及び水分が発電素子40に至ることを防ぐ。
発電素子40は、正極20と負極30とセパレータ10とを有する。図1に示す発電素子40は、一対の正極20と負極30とが、セパレータ10を挟んで対向配置されている。正極20及び負極30の積層数は問わない。また発電素子40は、捲回体でもよい。
正極20は、正極集電体22と、正極集電体22の少なくも一面に位置する正極活物質層24とを有する。
負極30は、負極集電体32と、負極集電体32の少なくとも一面に位置する負極活物質層34とを有する。
セパレータ10は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
電解液は、発電素子40内に含浸される。電解液には、リチウム塩等を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する非水系電解質溶液)を使用することができる。
外装体50は、その内部に発電素子40及び電解液を密封するものである。外装体50は、電解液の外部への漏出や、外部からの電池内部への水分等の侵入等を抑止するものである。
端子60は、アルミニウム、ニッケルなどの導電材料から形成されている。端子は、一方が負極端子61、他方が正極端子62である。端子60の一端(内側端部)は発電素子40に接続され、他端(外側端部)は外装体50の外部に延出する。2つの端子60は、それぞれ同じ方向に延出してもよいし、異なる方向に延出してもよい。負極端子61は負極集電体32に接続され、正極端子62は正極集電体22に接続される。接続方法は特に問わず、溶接、ネジ止め等を用いることができる。
本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100は、例えば以下のような方法で製造することができる。
(負極の作製)
負極集電体として厚さ10μmの銅箔を用意した。
正極活物質として用意したLiCoO2と、導電助剤として用意したアセチレンブラックと、バインダーとして用意したポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを混合し、正極合剤とした。正極活物質と、導電助剤と、バインダーは重量比で90:5:5とした。この正極合剤を、N-メチル-2-ピロリドンに分散させて正極合剤塗料を作製した。そして、厚さ20μmのアルミニウム箔の一面に、所定の塗布量で正極合剤を塗布した。そして塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去して正極活物質層を形成した。その後、正極活物質層をロールプレスにより加圧成形し、実施例1に係る正極を作製した。
作製した負極と正極とを、厚さ16μmのポリプロピレン製のセパレータを介して交互に積層し、負極4枚と正極3枚とを積層することで積層体を作製した。最外層に位置する負極活物質層(第1負極活物質層)の密度は1.1g/cm3であり、最外層から2枚目の負極の内側の負極活物質層(第2負極活物質層)の密度は1.0g/cm3であった。
第2負極活物質層の密度を1.0g/cm3に固定し、第1負極活物質層の密度を変更した点が実施例1に係るリチウムイオン二次電池と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
第2負極活物質層の密度を1.2g/cm3に変更して固定し、第1負極活物質層の密度を変更した点が実施例1に係るリチウムイオン二次電池と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
第2負極活物質層の密度を1.4g/cm3に変更して固定し、第1負極活物質層の密度を変更した点が実施例1に係るリチウムイオン二次電池と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
第2負極活物質層の密度を1.6g/cm3に変更して固定し、第1負極活物質層の密度を変更した点が実施例1に係るリチウムイオン二次電池と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
第2負極活物質層の密度を0.95g/cm3に変更して固定し、第1負極活物質層の密度を変更した点が実施例1に係るリチウムイオン二次電池と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例及び比較例で作製したリチウムイオン二次電池について、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用い、25℃の環境下でサイクル特性の測定を行った。0.5Cで4.3Vまで定電流定電圧充電し、1Cで3.0Vまで定電流放電する充放電サイクルを100サイクル繰り返し、100サイクル後の容量維持率を測定し、サイクル特性をサイクル維持率(単位:%)として評価した。なお、評価値は、5サンプルの平均値とした。その結果を表1に示す。
実施例及び比較例で作製したリチウムイオン二次電池について、セルの膨張率を測定した。セル膨張率は、(「1サイクル後のリチウムイオン二次電池の厚み」-「動作前のリチウムイオン二次電池の厚み」)/(「動作前のリチウムイオン二次電池の厚み」)で求められる。リチウムイオン二次電池の厚みは、発電素子の積層方向におけるリチウムイオン二次電池の厚みを外装体の外から測定する。
20 正極
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極
32 負極集電体
34 負極活物質層
40 発電素子
50 外装体
52 熱融着樹脂層
54 金属層
56 耐熱樹脂層
60 端子
61 負極端子
62 正極端子
100 リチウムイオン二次電池
Claims (5)
- 正極集電体と前記正極集電体の少なくとも一面に位置する正極活物質層とを有する正極と、
負極集電体と前記負極集電体の少なくとも一面に位置する負極活物質層とを有し、前記正極と対向する負極と、
前記正極と前記負極との間に挟まれたセパレータと、を備える発電素子と、を備え、
前記発電素子は、前記正極と前記負極とが前記セパレータを挟んで交互に積層された積層体であり、
前記発電素子の最も外側に位置する負極において前記正極と対向しない側の面に位置する第1負極活物質層の密度は、前記第1負極活物質層より前記発電素子の内側に位置する第2負極活物質層の密度より高い、リチウムイオン二次電池。 - 前記第1負極活物質層の密度D1と前記第2負極活物質層の密度D2とが、1<D1/D2<1.7の関係を満たす、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記第2負極活物質層の密度D2が1.0g/cm3以上である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記第1活物質層の密度は、前記第1負極活物質層より前記発電素子の内側に位置するいずれの負極活物質層の密度より高い、請求項1~3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記発電素子の最も外側に位置する負極において前記正極と対向する側の面に位置する第3負極活物質層の密度は、前記第1負極活物質層の密度と前記第2負極活物質層の密度との間である、請求項1~4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
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