JP7451996B2 - 蓄電素子 - Google Patents
蓄電素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7451996B2 JP7451996B2 JP2019232146A JP2019232146A JP7451996B2 JP 7451996 B2 JP7451996 B2 JP 7451996B2 JP 2019232146 A JP2019232146 A JP 2019232146A JP 2019232146 A JP2019232146 A JP 2019232146A JP 7451996 B2 JP7451996 B2 JP 7451996B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- mixture layer
- positive electrode
- electrode mixture
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 124
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 72
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 71
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 57
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 claims description 47
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 35
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 19
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910021437 lithium-transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 11
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 118
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 35
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- -1 etc. Substances 0.000 description 20
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 18
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 18
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 14
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 13
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 8
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 7
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 7
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 6
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 6
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 4
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 4
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 4
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 4
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 3
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 3
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 3
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 4-ethenyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound C=CC1COC(=O)O1 BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- 229910021314 NaFeO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 241000156302 Porcine hemagglutinating encephalomyelitis virus Species 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Li].[Mn].[Co].[Ni] SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 150000001786 chalcogen compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QXYJCZRRLLQGCR-UHFFFAOYSA-N dioxomolybdenum Chemical compound O=[Mo]=O QXYJCZRRLLQGCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 230000011987 methylation Effects 0.000 description 2
- 238000007069 methylation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- WFLOTYSKFUPZQB-UHFFFAOYSA-N 1,2-difluoroethene Chemical group FC=CF WFLOTYSKFUPZQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NZPSDGIEKAQVEZ-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzodioxol-2-one Chemical compound C1=CC=CC2=C1OC(=O)O2 NZPSDGIEKAQVEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SROHGOJDCAODGI-UHFFFAOYSA-N 4,5-diphenyl-1,3-dioxol-2-one Chemical compound O1C(=O)OC(C=2C=CC=CC=2)=C1C1=CC=CC=C1 SROHGOJDCAODGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYOKPDLAMOMTEE-UHFFFAOYSA-N 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound ClC1COC(=O)O1 OYOKPDLAMOMTEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMAJRFCXVOIAAS-UHFFFAOYSA-N 4-phenyl-1,3-dioxol-2-one Chemical compound O1C(=O)OC=C1C1=CC=CC=C1 VMAJRFCXVOIAAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZKOGUIGAVNCCKH-UHFFFAOYSA-N 4-phenyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound O1C(=O)OCC1C1=CC=CC=C1 ZKOGUIGAVNCCKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920008712 Copo Polymers 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011281 LiCoPO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013131 LiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013392 LiN(SO2CF3)(SO2C4F9) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013086 LiNiPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012258 LiPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012424 LiSO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical group 0.000 description 1
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L barium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ba+2] OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001632 barium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ROORDVPLFPIABK-UHFFFAOYSA-N diphenyl carbonate Chemical compound C=1C=CC=CC=1OC(=O)OC1=CC=CC=C1 ROORDVPLFPIABK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 1
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 229910021469 graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- CFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N titanium disulfide Chemical compound S=[Ti]=S CFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
-730×A+1588≦B≦-830×A+1800 ・・・1
すなわち、本発明の一実施形態に係る蓄電素子は、負極基材と、この負極基材の表面に直接又は間接に積層される負極合剤層とを有する負極と、正極とを備えており、上記負極合剤層が負極活物質を含み、上記負極活物質が難黒鉛化性炭素を含み、上記負極基材の一方向において、上記負極合剤層の少なくとも一端縁側が、この一端縁側と他端縁側との間に存在する中央部よりも厚く、上記難黒鉛化性炭素の真密度をA[g/cm3]としたとき、満充電状態における上記負極の充電電気量B[mAh/g]が、下記式1を満たす。
-730×A+1588≦B≦-830×A+1800 ・・・1
すなわち、負極の満充電状態における充電電気量が大きくなると、充電時に単位質量当たりの負極活物質に吸蔵される電荷担体の量が多くなる。そのため、充電時に負極活物質に入りきらなかった電荷担体が負極上で析出する可能性がある。特に、負極合剤層の少なくとも端縁側において、単位質量当たりの負極活物質に吸蔵される電荷担体の量が局所的に多くなり、電荷担体の析出が生じやすくなる。
これに対して、当該蓄電素子は、難黒鉛化性炭素の真密度をA[g/cm3]としたとき、満充電状態における上記負極の充電電気量B[mAh/g]が-830×A+1800以下であることで、充電電気量Bが適度な大きさとなり、過剰に電荷担体の析出が生じることを抑制できる。また、上記負極の充電電気量Bが-730×A+1588以上の範囲においては、負極合剤層の少なくとも一端縁側が、この一端縁側と他端縁側との間に存在する中央部よりも厚いことで、電荷担体の析出が特に生じやすい負極合剤層の端縁側において、中央部に比べて、より多くの電荷担体を吸蔵できるようになる。
そのため、当該蓄電素子は、満充電状態における上記負極の充電電気量Bが上記式1を満たす特定の範囲であることで、充電電気量Bが比較的大きい場合であっても電荷担体の析出を抑制できる結果、耐久性の向上を図ることができる。
ここで、「満充電状態」とは、電池設計で決められた定格容量を確保するための定格上限電圧となるまで充電された状態をいう。また、定格容量に関する記載がない場合は、当該蓄電素子が採用している充電制御装置を用いて充電を行った際に、該充電操作が停止制御されるときの充電終止電圧となるまで充電された状態をいう。例えば、当該蓄電素子を、(1/3)CAの電流で上記定格上限電圧または上記充電終止電圧となるまで定電流充電した後、上記定格上限電圧または上記充電終止電圧にて0.01CAとなるまで定電流定電圧(CCCV)充電を行った状態が、ここでいう「満充電状態」の典型例である。
本発明の一実施形態に係る蓄電素子は、負極と、正極と、上記負極及び上記正極間に介在するセパレータと、非水電解質とを備えている。以下、蓄電素子の好ましい一例として、非水電解質二次電池(特にリチウムイオン二次電池)について説明するが、本発明の適用対象を限定する意図ではない。上記負極及び正極は、通常、セパレータを介して積層又は巻回により交互に重畳された電極体を形成する。この電極体は電池容器に収納され、この電池容器内に非水電解質が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在する。また、上記電池容器としては、非水電解質二次電池の電池容器として通常用いられる公知の金属製の電池容器、樹脂製の電池容器等を用いることができる。
上述したように、負極12は、負極基材22と、負極合剤層23とを有する。
負極基材22は、導電性を有する基材である。負極基材22の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はそれらの合金が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。また、負極基材22の形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、負極基材22としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。なお、「導電性」を有するとは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が1×107Ω・cm以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が1×107Ω・cm超であることを意味する。
負極合剤層23は、負極活物質を含むいわゆる負極合剤から形成される。
難黒鉛化性炭素とは、放電状態においてX線回折法から測定される(002)面の平均格子面間隔d(002)が0.36nmより大きく0.42nmより小さい炭素物質である。難黒鉛化性炭素は、通常、微小な黒鉛の結晶がランダムな方向に配置され、結晶層と結晶層との間にナノオーダーの空隙を有する材料をいう。上記難黒鉛化性炭素としては、フェノール樹脂焼成体、フラン樹脂焼成体、フルフリルアルコール樹脂焼成体等を挙げることができる。
難黒鉛化性炭素以外に含まれていてもよい他の負極活物質としては、易黒鉛化性炭素、黒鉛、Si、Sn等の金属、これら金属の酸化物、又は、これら金属と炭素材料との複合体等が挙げられる。
負極合剤は、必要に応じて導電剤、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。
上記中間層は、負極基材22の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで負極基材22と負極合剤層23との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。
-730×A+1588≦B≦-830×A+1800 ・・・1
当該蓄電素子1は、難黒鉛化性炭素の真密度をA[g/cm3]としたとき、満充電状態における上記負極12の充電電気量B[mAh/g]が-830×A+1800以下であることで、充電電気量Bが適度な大きさとなり、過剰に金属リチウムの析出が生じることを抑制できる。また、上記負極12の充電電気量Bが-730×A+1588以上の範囲においては、負極合剤層23の少なくとも一端縁側が、この一端縁側と他端縁側との間に存在する中央部よりも厚いことで、吸蔵される必要があるリチウムイオン量が局所的に多くなる負極合剤層23の端縁側の単位面積当たりのリチウムイオンの吸蔵量を軽減できる。当該蓄電素子1は、満充電状態における上記負極の充電電気量Bが上記式1を満たす特定の範囲であることで、充電電気量Bを充電電気量Bが比較的大きい場合であっても金属リチウムの析出を抑制できる結果、耐久性の向上を図ることができる。
(1)グローブボックス内で上記対象となる電池を放電末期(低SOC領域)まで放電して解体する。
(2)酸素濃度5ppm以下の雰囲気に制御した上記グローブボックス内で、正極板及び負極板を取り出して小型ラミネートセルを組み立てる。
(3)小型ラミネートセルを充電して前記満充電状態とした後、上記蓄電素子で定格容量が得られたときの下限電圧にて0.01CAまで定電流定電圧(CCCV)放電を行う。
(4)酸素濃度5ppm以下の雰囲気に制御したグローブボックス内で、小型ラミネートセルを解体し、負極を取り出して対極としてリチウム金属を配置した小型ラミネートセルに組みなおす。
(5)負極電位が2.0V(vs.Li/Li+)となるまで、0.01CAの電流密度で追加放電を行い、負極を完全放電状態に調整する。
(6)上記(3)及び(5)における合計電気量を小型ラミネートセルにおける正負極対向部の負極質量で割り算して充電電気量とする。
上述したように、正極11は、方形状の正極基材21と、正極合剤層24とを有する。
上記正極基材21は、導電性を有する基材である。正極基材の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ及びコストのバランスからアルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。また、正極基材21の形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材21としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS-H4000(2014)に規定されるA1085、A3003等が例示できる。
正極合剤層24は、正極活物質を含むいわゆる正極合剤から形成される。上記正極活物質としては、例えば、公知の正極活物質の中から適宜選択できる。リチウムイオン非水電解質二次電池用の正極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。正極活物質としては、例えば、α-NaFeO2型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物、ポリアニオン化合物、カルコゲン化合物、硫黄等が挙げられる。α-NaFeO2型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、例えば、Li[LixNi1-x]O2(0≦x<0.5)、Li[LixNiγCo(1-x-γ)]O2(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LixCo(1-x)]O2(0≦x<0.5)、Li[LixNiγMn(1-x-γ)]O2(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LixNiγMnβCo(1-x-γ-β)]O2(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)、Li[LixNiγCoβAl(1-x-γ-β)]O2(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)等が挙げられる。スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物として、LixMn2O4、LixNiγMn(2-γ)O4等が挙げられる。ポリアニオン化合物として、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3、Li2MnSiO4、Li2CoPO4F等が挙げられる。カルコゲン化合物として、二硫化チタン、二硫化モリブデン、二酸化モリブデン等が挙げられる。これらの材料中の原子又はポリアニオンは、他の元素からなる原子又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。これらの材料は表面が他の材料で被覆されていてもよい。
0.57×A-0.53≦N/P≦0.45 ・・・2
従来の難黒鉛化性炭素を用いた電池に上記式2を満たすN/Pを適用した場合、通常の充電深度よりも深くなることで、金属リチウムの析出が生じやすくなる。しかしながら、当該蓄電素子は、負極合剤層の少なくとも一端縁側が、この一端縁側と他端縁側との間に存在する中央部よりも厚いことで、吸蔵される必要があるリチウムイオン量が局所的に多くなる負極合剤層の端縁側の単位面積当たりのリチウムイオンの吸蔵量を軽減できる。従って、充電深度が比較的深い範囲であっても金属リチウムの析出を抑制できるので、耐久性の向上を図ることができる。
正極合剤は、必要に応じて導電剤、バインダー、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、バインダー、増粘剤、フィラー等の任意成分は、上記負極で例示した材料から選択できる。
上記中間層は、正極基材21の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで正極基材21と正極合剤層24との接触抵抗を低減する。負極と同様、中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。
上記非水電解質としては、一般的な非水電解質二次電池(蓄電素子)に通常用いられる公知の非水電解質が使用できる。上記非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解されている電解質塩を含む。なお、上記非水電解質は、固体電解質等であってもよい。
上記セパレータ25としては、例えば織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が用いられる。これらの中でも、強度の観点から多孔質樹脂フィルムが好ましく、非水電解質の保液性の観点から不織布が好ましい。上記セパレータ25の主成分としては、強度の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましく、耐酸化分解性の観点から例えばポリイミドやアラミド等が好ましい。また、これらの樹脂を複合してもよい。
当該蓄電素子の製造方法は、負極を作製すること、正極を作製すること、非水電解質を調製すること、セパレータを介して負極及び正極を積層又は巻回することにより電極体を形成すること、電極体を容器に収容すること、並びに上記容器に上記非水電解質を注入することを備える。上記正極は、正極基材に直接又は中間層を介して上記正極合剤層を積層することにより得ることができる。上記正極合剤層の積層は、正極基材に、正極合剤ペーストを塗工することにより行う。また、上記負極は、上記正極と同様、負極基材に直接又は中間層を介して上記負極合剤層を積層することにより得ることができる。上記負極合剤層の積層は、負極基材に、難黒鉛化性炭素を含む負極合剤ペーストを塗工することにより行う。上記正極合剤ペースト及び負極合剤ペーストは、分散媒を含んでいてもよい。この分散媒としては、例えば、水、水を主体とする混合溶媒等の水系溶媒;N-メチルピロリドン、トルエン等の有機系溶媒を用いることができる。
なお、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成又は周知技術に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。また、ある実施形態の構成に対して周知技術を付加することができる。
(負極の作製)
負極活物質である難黒鉛化性炭素、バインダーであるスチレン-ブタジエンゴム(SBR)、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース(CMC)、及び分散媒である水を混合して負極合剤ペーストを調製した。難黒鉛化性炭素とスチレン-ブタジエンゴムと(カルボキシメチルセルロース(CMC)との質量比率は固形分換算で97.4:2.0:0.6とした。
正極活物質であるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、導電剤であるアセチレンブラック(AB)、バインダーであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)及び非水系分散媒であるN-メチルピロリドン(NMP)を用いて正極合剤ペースト(正極合剤層形成用材料)を調製した。なお、正極活物質、バインダー及び導電剤の質量比率は固形分換算で94.5:4.0:1.5とした。この正極合剤ペーストを、アルミ箔の一端縁に非積層部が形成されるように、アルミ箔の両面に塗工した。次に、乾燥することにより正極合剤層を作製した。上記乾燥後、所定の充填密度となるように正極合剤層にロールプレスを行い、正極を得た。また、例1から例28のN/Pを表1に示す。ここで、正極活物質であるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物のニッケル、コバルト及びマンガンのモル比(Ni:Co:Mn比)は、6.0:2.0:2.0とした。
非水電解質は、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)の体積比率が30:70となるように混合した溶媒に、塩濃度が1.2mol/dm3となるようにLiPF6を溶解させて調製した。
セパレータには、厚さ14μmのポリエチレン微多孔膜を用いた。
上記正極と負極とセパレータとを積層し、電極体を作製した。その後、正極基材の非積層部及び負極基材の非積層部を正極集電体及び負極集電体にそれぞれ溶接して容器に封入した。次に、容器と蓋板とを溶接後、上記非水電解質を注入して封口した。この様にして例1から例28の電池(蓄電素子)を得た。この電池の設計定格容量は40.9Ahである。
(難黒鉛化性炭素の真密度)
難黒鉛化性炭素の真密度の測定は、以下の手順でおこなった。
放電状態の難黒鉛化炭素を水中に浸漬させ、バインダー及び増粘剤を除去した後に、25℃で12時間真空乾燥した後に難黒鉛化炭素を取り出した。次に、この難黒鉛化炭素を120℃で2時間乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却した。比重瓶の質量(m1)を正確に量り、難黒鉛化炭素を約3g入れて、質量を正確に量った(m2)。次に、比重瓶に1-ブタノールを底から20mm程度の深さになるまで静かに加え、真空デシケーター中に入れ、徐々に排気して圧力を2.0kPaから2.6kPaに維持した。この圧力を20分間保ち、気泡の発生が止まった後に、比重瓶を真空デシケーターから取り出し、更に1-ブタノールを加えた。30±0.5℃の恒温水槽に比重瓶を30分間浸し、1-ブタノール液面を標線に合わせた。比重瓶を取り出し、外側をよく拭いて質量正確に量った。再び恒温水槽に15分間浸し、1-ブタノール液面を標線に合わせ、比重瓶を取り出して外側をよくふき取り、質量を量った。この工程を3回繰り返し、3回繰り返した時の各質量の平均値を(m4)とする。次に、同じ比重瓶に1-ブタノールを満たし、上記と同様に恒温水槽に浸し、標線に合わせた後に質量を量る工程を4回繰り返し、4回繰り返した時の各質量その平均値を(m3)とする。また、使用直前に脱気した水を比重瓶に入れ、前記と同様に恒温水槽に浸し、標線に合わせた後に質量を量る工程を4回繰り返しその平均値を(m5)とする。下記式2により真密度Aを計算した。なお、下記式2において、dは30℃における比重であり、d=0.9946である。
A=(m2-m1)/(m2-m1-(m4-m3))×((m3-m1)/(m5-m1))×d ・・・2
負極の充電電気量は、上述の方法で測定した。
(1)初期放電容量確認試験
25℃の恒温槽内において充電電流13.6A、充電終止電圧4.32Vの条件で、充電電流が0.4A以下になるまで定電流定電圧(CCCV)充電を行い、その後、20分間の休止期間を設けた。その後、放電電流40.9A、放電終止電圧2.4Vで定電流(CC)放電を行った。このときの放電容量を「初期放電容量」とした。
(2)容量維持率
「初期放電容量」測定後の各蓄電素子について、45℃の恒温槽内において充電電流13.6A、充電終止電圧4.32Vの条件で、充電電流が0.4A以下になるまで定電流定電圧(CCCV)充電を行い、その後、10分間の休止期間を設けた。その後、放電電流40.9A、放電終止電圧2.4Vで定電流(CC)放電を行い、その後、10分間の休止期間を設けた。この充放電サイクルを500サイクル実施した。500サイクル実施後に、「初期放電容量」の測定試験と同様の条件で放電容量を測定し、このときの放電容量を「500サイクル後の容量」とした。「初期放電容量」に対する「500サイクル後の容量」を充放電サイクル後の容量維持率とした。
金属リチウムの析出評価は、以下の手順で行った。
初期容量確認後の電池を放電状態にて解体し、負極表面を目視にて観察した。負極をジメチルカーボネート(DMC)で洗浄した後に、負極表面に白色の析出物が存在していた場合に金属リチウムが析出したと判定した。
負極合剤層の非積層部側端縁及び中央部の厚さ測定は、上記手順で行った。
また、上記負極の充電電気量B[mAh/g]が、-730×A+1588未満の例11、例12、例19、例20、例23、例24、例27、及び例28は、負極合剤層の形状に係わらず金属リチウムが析出しなかった。
さらに、上記負極の充電電気量B[mAh/g]が、-830×A+1800超の例7、例8、例13、及び例14は、負極合剤層の形状に係わらず、金属リチウムが析出した。
当該蓄電素子は、満充電状態における上記負極の充電電気量B[mAh/g]が、-730×A+1588≦B≦-830×A+1800を満たす特定の範囲である場合において、負極合剤層の端部の形状を工夫することで、充電電気量Bが比較的大きい場合であっても金属リチウムの析出を抑制できることがわかる。
2 電極体
3 電池容器
4 正極端子
5 負極端子
8 巻芯
11 正極
12 負極
20 蓄電ユニット
21 正極基材
22 負極基材
23 負極合剤層
24 正極合剤層
25 セパレータ
30 蓄電装置
31 正極非積層部
32 負極非積層部
41 正極集電体
51 負極集電体
Claims (4)
- 負極基材と、この負極基材の表面に直接又は間接に積層される負極合剤層とを有する負極と、
正極と
を備えており、
上記負極合剤層が負極活物質を含み、
上記負極活物質が難黒鉛化性炭素を含み、
上記負極基材の一方向において、上記負極合剤層の少なくとも一端縁側が、この一端縁側と他端縁側との間に存在する中央部よりも厚く、
上記難黒鉛化性炭素の真密度をA[g/cm3]としたとき、満充電状態における上記負極の充電電気量B[mAh/g]が、下記式1を満たす蓄電素子。
-730×A+1588≦B≦-830×A+1800 ・・・1 - 上記負極合剤層の上記一端縁側の厚さT2と、上記中央部の厚さT1との厚さの差(T2-T1)が1μm以上5μm以下である請求項1に記載の蓄電素子。
- 上記負極基材が上記一端縁側から突出し、かつ上記負極合剤層が積層されていない非積層部を有し、
上記負極合剤層の上記非積層部側の厚さT2が、上記他端縁側の厚さT3より大きい請求項1又は請求項2に記載の蓄電素子。 - 上記正極が、正極基材とこの正極基材の表面に直接又は間接に積層される正極合剤層とを有し、
上記正極合剤層が正極活物質を含み、
上記正極活物質が、ニッケル、コバルト及びマンガンを含むリチウム遷移金属酸化物を主成分とし、
上記リチウム遷移金属酸化物におけるニッケル、コバルト及びマンガンの総和に対するニッケルのモル比率が0.5以上である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の蓄電素子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019232146A JP7451996B2 (ja) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 蓄電素子 |
CN202080089813.6A CN115210903A (zh) | 2019-12-23 | 2020-12-22 | 蓄电元件 |
DE112020006313.5T DE112020006313T5 (de) | 2019-12-23 | 2020-12-22 | Energiespeichervorrichtung |
US17/787,448 US20230022950A1 (en) | 2019-12-23 | 2020-12-22 | Energy storage device |
PCT/JP2020/047838 WO2021132208A1 (ja) | 2019-12-23 | 2020-12-22 | 蓄電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019232146A JP7451996B2 (ja) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 蓄電素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021099971A JP2021099971A (ja) | 2021-07-01 |
JP7451996B2 true JP7451996B2 (ja) | 2024-03-19 |
Family
ID=76541420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019232146A Active JP7451996B2 (ja) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 蓄電素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7451996B2 (ja) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5908715A (en) | 1997-05-30 | 1999-06-01 | Hughes Electronics Corporation | Composite carbon materials for lithium ion batteries, and method of producing same |
JP2002110155A (ja) | 2000-09-27 | 2002-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
JP2007265831A (ja) | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 非水電解質二次電池 |
JP2009266467A (ja) | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Nissan Motor Co Ltd | 双極型二次電池 |
JP2010199077A (ja) | 2010-04-16 | 2010-09-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池及びその充電方法 |
WO2010109889A1 (ja) | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 学校法人東京理科大学 | ナトリウムイオン二次電池 |
WO2014046077A1 (ja) | 2012-09-18 | 2014-03-27 | 株式会社クレハ | 非水電解質二次電池用バインダー、非水電解質二次電池用バインダー溶液、非水電解質二次電池用負極合剤およびその用途 |
JP2014216299A (ja) | 2013-04-30 | 2014-11-17 | パナソニック株式会社 | ナトリウムイオン二次電池 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3430706B2 (ja) * | 1995-04-27 | 2003-07-28 | ソニー株式会社 | 負極用炭素材料及び非水電解液二次電池 |
-
2019
- 2019-12-23 JP JP2019232146A patent/JP7451996B2/ja active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5908715A (en) | 1997-05-30 | 1999-06-01 | Hughes Electronics Corporation | Composite carbon materials for lithium ion batteries, and method of producing same |
JP2002110155A (ja) | 2000-09-27 | 2002-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
JP2007265831A (ja) | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 非水電解質二次電池 |
JP2009266467A (ja) | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Nissan Motor Co Ltd | 双極型二次電池 |
WO2010109889A1 (ja) | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 学校法人東京理科大学 | ナトリウムイオン二次電池 |
JP2010199077A (ja) | 2010-04-16 | 2010-09-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池及びその充電方法 |
WO2014046077A1 (ja) | 2012-09-18 | 2014-03-27 | 株式会社クレハ | 非水電解質二次電池用バインダー、非水電解質二次電池用バインダー溶液、非水電解質二次電池用負極合剤およびその用途 |
JP2014216299A (ja) | 2013-04-30 | 2014-11-17 | パナソニック株式会社 | ナトリウムイオン二次電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021099971A (ja) | 2021-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2018137133A (ja) | 非水電解質蓄電素子用の負極、非水電解質蓄電素子及び非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法 | |
WO2021132208A1 (ja) | 蓄電素子 | |
JP7455498B2 (ja) | 非水電解質、非水電解質蓄電素子及び非水電解質蓄電素子の製造方法 | |
JP6747312B2 (ja) | 非水電解質、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 | |
JP7215331B2 (ja) | 非水電解質蓄電素子の製造方法及び非水電解質蓄電素子 | |
JP7452420B2 (ja) | 蓄電素子 | |
JP2018049821A (ja) | 蓄電素子用非水電解質、非水電解質蓄電素子、及び非水電解質蓄電素子の製造方法 | |
US20210296645A1 (en) | Nonaqueous electrolyte energy storage device and energy storage apparatus | |
JP7147157B2 (ja) | 蓄電素子 | |
JP7409132B2 (ja) | 非水電解質蓄電素子 | |
US20230006188A1 (en) | Energy storage device | |
JP7501110B2 (ja) | 非水電解質蓄電素子 | |
JP7424368B2 (ja) | 蓄電素子 | |
JP7411161B2 (ja) | 蓄電素子 | |
JP7451996B2 (ja) | 蓄電素子 | |
JP7451995B2 (ja) | 蓄電素子 | |
JP2018078029A (ja) | 負極及び非水電解質蓄電素子 | |
JP7451994B2 (ja) | 蓄電素子 | |
JP2020173998A (ja) | 非水電解質蓄電素子及び非水電解質蓄電素子の製造方法 | |
WO2021049178A1 (ja) | 非水電解質蓄電素子、及び蓄電装置 | |
US20240186514A1 (en) | Nonaqueous electrolyte energy storage device | |
JP7484884B2 (ja) | 非水電解質蓄電素子及び蓄電装置 | |
WO2023224071A1 (ja) | 非水電解質蓄電素子 | |
WO2021182488A1 (ja) | 蓄電素子 | |
WO2022009734A1 (ja) | 非水電解質蓄電素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221005 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230801 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230914 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240206 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240219 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7451996 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |