JP4364066B2 - Non-aqueous electrolyte battery - Google Patents
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Description
本発明は、セパレータを有する非水電解質電池に係わる。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery having a separator.
常温溶融塩は、不燃性及び不揮発性の導電体であるため、非水電解質電池の非水電解質としての活用が期待されている。 Since the room temperature molten salt is a non-flammable and nonvolatile conductor, it is expected to be used as a non-aqueous electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery.
しかし、一般に、常温溶融塩は有機溶媒に比して粘性が高く、セパレータの全域に浸透し難い。このため、セパレータ内部でのイオン移動抵抗が高くなり、大電流特性に劣る。 However, generally, a room temperature molten salt has a higher viscosity than an organic solvent and hardly penetrates the entire separator. For this reason, the ion movement resistance inside a separator becomes high and is inferior to a large current characteristic.
そこで、高空隙率のセパレータを用いて、常温溶融塩を浸透し易くし、大電流特性を向上させることが考えられるが、高空隙率のセパレータは、正極と負極が物理的に接触し短絡する恐れが高いという問題があった。 Therefore, it is conceivable to use a high-porosity separator to facilitate penetration of room temperature molten salt and improve large current characteristics. However, a high-porosity separator is short-circuited due to physical contact between the positive electrode and the negative electrode. There was a problem of high fear.
そこで、低空隙率層と高空隙率層を積層したセパレータを用いることが提案されている(特許文献1参照。)。
本発明者等は、鋭意研究した結果、以下のことを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventors have found the following.
まず、内層を高空隙率層、内層を挟む外層を低空隙率層とした層構造のセパレータを用いて、常温溶融塩の浸透を容易にし、かつ短絡し難くすることが考えられる。しかし、このような層構造のセパレータは、以下に挙げる問題があることが解った。 First, using a separator having a layer structure in which the inner layer is a high-porosity layer and the outer layer sandwiching the inner layer is a low-porosity layer, it is conceivable to facilitate room temperature molten salt permeation and make short-circuiting difficult. However, it has been found that such a layered separator has the following problems.
通常、容量密度向上のため、セパレータ、負極及び正極からなる電極群は、製造プロセスにおいてプレス工程がある。このため、セパレータは圧迫されており、特に、セパレータにおいて容器から遠い部位は、多方位から圧迫され常温溶融塩が浸透し難い。これに対し、セパレータにおいて容器から近い部位は、常温溶融塩の注入箇所近傍や注入時に底面となるため、常温溶融塩が浸透し易い。従って、セパレータ単体に着目した層構造のセパレータを用いても、セパレータ全域に常温溶融塩を浸透させることは難しかった。 Usually, in order to improve capacity density, an electrode group composed of a separator, a negative electrode, and a positive electrode has a pressing step in the manufacturing process. For this reason, the separator is pressed, and in particular, a portion of the separator that is far from the container is pressed from multiple directions, and the room temperature molten salt is difficult to penetrate. On the other hand, the portion near the container in the separator is near the injection location of the room temperature molten salt or the bottom surface during injection, so that the room temperature molten salt is likely to penetrate. Therefore, even if a separator having a layer structure focused on a single separator is used, it is difficult to allow room temperature molten salt to permeate the entire separator.
また、一端浸透したとしても、常温溶融塩は、充放電に伴い、容器から遠い部位から流出するため、サイクル特性が低下する。これは、容器から遠い部位が、多方位から圧迫され、非水電解質の保持が困難であるためと考えられる。また、セパレータ単体に着目した層構造のセパレータは、セパレータの端部において、高空隙率層である内層が露出する。このため、非水電解質はより流出しやすい。 Moreover, even if it permeates at one end, the ambient temperature molten salt flows out of the part far from the container with charge / discharge, so that the cycle characteristics deteriorate. This is presumably because the part far from the container is pressed from multiple directions and it is difficult to hold the nonaqueous electrolyte. Further, in a separator having a layer structure focused on a single separator, an inner layer which is a high porosity layer is exposed at the end of the separator. For this reason, the nonaqueous electrolyte is more likely to flow out.
本発明は、上記事情に鑑みて、常温溶融塩の浸透と保持が容易なセパレータを用いて、大電流特性を維持し、サイクル特性に優れた非水電解質電池を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte battery that maintains a large current characteristic and is excellent in cycle characteristics by using a separator that allows easy penetration and retention of a room temperature molten salt.
本発明の非水電解質電池は、容器と、この容器内に充填され、常温溶融塩を含む非水電解質と、容器内に収納される正極と、容器内に収納される負極と、負極及び正極に挟まれる内側の部位と、前記内側の部位の外側に位置する外側の部位とを有するセパレータであって、前記セパレータは前記非水電解質が充填され、かつ前記外側の部位が前記内側の部位と比して低空隙率であることを特徴とする。
The nonaqueous electrolyte battery of the present invention includes a container, a nonaqueous electrolyte filled in the container and containing a room temperature molten salt, a positive electrode stored in the container, a negative electrode stored in the container, a negative electrode, and a positive electrode and an inner portion is Ru sandwiched, a separator and an outer portion located outside the region of the inner, the separator is the nonaqueous electrolyte is filled, and part of the outer portion of the inner It is characterized by a low porosity compared to the above.
本発明は、大電流特性を維持し、サイクル特性に優れた非水電解質電池を提供できる。 The present invention can provide a nonaqueous electrolyte battery that maintains a large current characteristic and is excellent in cycle characteristics.
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the invention, and its shape, dimensions, ratio, and the like are different from those of an actual device. However, these are in consideration of the following explanation and known techniques. The design can be changed as appropriate.
本実施の形態の非水電解質電池は、容器と、正極と負極とセパレータから構成される電極群と、非水電解質とを具備することを特徴とする。なお、本実施の形態においては、1つの容器内に1つの電極群が収納されている場合について述べる。従って、上述した「容器から遠い部位」は、「電極群の内側に位置する部位」を指し、「容器から近い部位」は、「電極群の外側に位置する部位」を指すものとする。 The nonaqueous electrolyte battery according to the present embodiment includes a container, an electrode group including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a nonaqueous electrolyte. In the present embodiment, a case where one electrode group is accommodated in one container will be described. Therefore, the above-mentioned “site far from the container” refers to “site located inside the electrode group”, and “site close to the container” refers to “site located outside the electrode group”.
以下、セパレータ、非水電解質、負極、正極及び容器について説明する。 Hereinafter, the separator, the nonaqueous electrolyte, the negative electrode, the positive electrode, and the container will be described.
1)セパレータ
本実施の形態のセパレータは、電極群の外側に位置する部位が電極群の内側に位置する部位と比して低空隙率であることを特徴とする。これらの部位は、非水電解質電池全体の構造に着目した面構造で形成されている。
1) Separator The separator according to the present embodiment is characterized in that a portion located outside the electrode group has a lower porosity than a portion located inside the electrode group. These parts are formed with a planar structure that focuses on the structure of the entire nonaqueous electrolyte battery.
通常、セパレータにおいて電極群の内側に位置する部位は、多方位から圧迫され、非水電解質が浸透し難い。しかし、本実施の形態によれば、高空隙率であるため、非水電解質の浸透が容易である。また、セパレータにおいて電極群の外側に位置する部位は、低空隙率であるが、非水電解質の注入箇所近傍や注入時に底面となるため、非水電解質の浸透が容易である。 Usually, the part located inside the electrode group in the separator is pressed from multiple directions, and the nonaqueous electrolyte is difficult to penetrate. However, according to the present embodiment, since the porosity is high, the nonaqueous electrolyte can be easily penetrated. Moreover, although the site | part located in the outer side of an electrode group in a separator is a low porosity, since it becomes a bottom face at the time of injection | pouring vicinity of a nonaqueous electrolyte, nonaqueous electrolyte penetration | infiltration is easy.
また、本実施の形態によれば、低空隙率である外側から高空隙率である内側に向けて、圧力がかかる。この空隙率差による内側向きの圧力は、非水電解質注入時においては、浸透効果を有し、充放電サイクルにおいては、非水電解質の保持効果を有する。 Further, according to the present embodiment, pressure is applied from the outside having a low porosity to the inside having a high porosity. This inward pressure due to the difference in porosity has a penetration effect at the time of non-aqueous electrolyte injection, and has a non-aqueous electrolyte retention effect in the charge / discharge cycle.
上述したように、本実施の形態のセパレータは、常温溶融塩に代表される粘性の高い非水電解質の浸透と保持を容易にする。このため、セパレータ内部のイオン移動抵抗の低減を維持でき、非水電解質電池の大電流特性及びサイクル特性を向上できる。 As described above, the separator according to the present embodiment facilitates the penetration and retention of a non-aqueous electrolyte having a high viscosity typified by a room temperature molten salt. For this reason, reduction of the ion movement resistance inside a separator can be maintained, and the large current characteristic and cycle characteristic of a nonaqueous electrolyte battery can be improved.
なお、後述するように、本実施の形態のセパレータの構造は、非水電解質電池全体の構造に着目しているため、電極群及びセパレータの形状に伴い適宜変化する。 As will be described later, since the structure of the separator of the present embodiment focuses on the structure of the entire nonaqueous electrolyte battery, it appropriately changes according to the shapes of the electrode group and the separator.
電極群の外側に位置する部位と内側に位置する部位の境界について述べる。 The boundary between the part located outside the electrode group and the part located inside is described.
電極群の外側に位置する部位の幅は、セパレータの全幅に比して、0.1%以上40%以下であると好ましい。 The width of the portion located outside the electrode group is preferably 0.1% or more and 40% or less compared to the entire width of the separator.
電極群の外側に位置する部位の幅が、セパレータの全幅に比して、0.1%以上であると空隙率差による内側向きの圧力が向上し、40%以下であると高空隙率である電極の内側に位置する部位が充分に確保でき、大電流特性がさらに向上できる。 When the width of the portion located outside the electrode group is 0.1% or more compared to the total width of the separator, the pressure toward the inside due to the difference in porosity improves, and when it is 40% or less, the electrode has a high porosity. A portion located inside can be sufficiently secured, and the large current characteristics can be further improved.
なお、電極群の外側に位置する部位と内側に位置する部位の境界は、段階的に推移しても構わない。この場合、段階的に推移する領域の中央線を両部位の境界線とする。 In addition, the boundary between the part located outside the electrode group and the part located inside may be changed stepwise. In this case, the center line of the region that changes in stages is set as the boundary line between the two parts.
次に、空隙率について述べる。 Next, the porosity will be described.
外側に位置する部位と内側に位置する部位の空隙率の差は5%以上が好ましく、20%以上がさらに好ましい。 The difference in porosity between the portion located outside and the portion located inside is preferably 5% or more, more preferably 20% or more.
外側に位置する部位と内側に位置する部位の空隙率の差は5%以上であると、空隙率差による内側向きの圧力の向上により、非水電解質の浸透効果及び保持効果が高まり、20%以上であると、その効果はさらに高まる。 If the difference in porosity between the part located outside and the part located inside is 5% or more, the penetration effect and retention effect of the non-aqueous electrolyte are increased due to the improvement of the pressure toward the inside due to the difference in porosity, and 20% If it is above, the effect is further enhanced.
なお、外側に位置する部位と内側に位置する部位の空隙率の差は55%以下が好ましい。これにより、電極群を流れる電流の不均一分布による非水電解質電池のサイクル特性の低下等の不具合が生じ難いためである。 Note that the difference in porosity between the portion located outside and the portion located inside is preferably 55% or less. This is because problems such as deterioration of the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte battery due to non-uniform distribution of current flowing through the electrode group are unlikely to occur.
内側に位置する部位の空隙率は8%以上97%以下であることが好ましい。 It is preferable that the porosity of the site | part located inside is 8% or more and 97% or less.
内側に位置する部位の空隙率は、8%以上であると、セパレータ内部のイオン移動抵抗の低減により、大電流特性が良好となり、97%以下であると、負極と正極の物理的接触により短絡する恐れがなくなる。 If the porosity of the part located on the inside is 8% or more, the large current characteristics are improved due to the reduction of the ion transfer resistance inside the separator, and if it is 97% or less, a short circuit occurs due to physical contact between the negative electrode and the positive electrode. No fear of doing.
なお、外側に位置する部位の空隙率は3%以上80%以下であると好ましい。外側に位置する部位の空隙率は、3%以上であると、常温溶融塩の浸透が容易となり、80%以下であると、空隙率の差を大きく採ることが容易となる。 In addition, it is preferable that the porosity of the site | part located outside is 3% or more and 80% or less. When the porosity of the portion located outside is 3% or more, it is easy to permeate the room temperature molten salt, and when it is 80% or less, it is easy to take a large difference in porosity.
ここで空隙率の測定方法について説明する。セパレータの厚さをt(cm)、表面積をS(cm2)、材料の真比重をρ(g/cm3)、重さをw(g)とすると、空隙率は、下記(式1)で計算される。 Here, a method for measuring the porosity will be described. When the thickness of the separator is t (cm), the surface area is S (cm 2 ), the true specific gravity of the material is ρ (g / cm 3 ), and the weight is w (g), the porosity is expressed by the following (formula 1). Calculated by
空隙率(%)=100−{(w/ρ/t/S)×100} …(式1)
なお、この測定方法によれば、夫々の部位における空隙率の局所的なばらつきは考慮されない。しかし、空隙率の局所的なばらつきは、上述した好ましい空隙率の範囲内であることが好ましく、また、電流分布の均一性の観点から、約2%以内であることが好ましい。
Porosity (%) = 100 − {(w / ρ / t / S) × 100} (Formula 1)
In addition, according to this measuring method, the local dispersion | variation in the porosity in each site | part is not considered. However, the local variation of the porosity is preferably within the above-described preferable porosity range, and is preferably within about 2% from the viewpoint of the uniformity of the current distribution.
次に、材料について述べる。 Next, materials will be described.
一般に、イオンの透過度に優れ、機械的強度のある微孔膜、不織布形状の絶縁性薄膜を用いる。 In general, a microporous film having excellent ion permeability and mechanical strength, or a non-woven insulating thin film is used.
具体的には、耐非水電解質性から、ポリプロピレン(以後、PP)、ポリエチレン(以後、PE)等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(以後、PET)、ポリビニレンテレフタレート等のポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ガラス繊維、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン及びセルロース等が挙げられる。 Specifically, from non-aqueous electrolyte resistance, polyolefins such as polypropylene (hereinafter PP) and polyethylene (hereinafter PE), polyesters such as polyethylene terephthalate (hereinafter PET), polyvinylene terephthalate, polyimide, polyamide, glass fiber , Polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, cellulose and the like.
実施例にて後述するように、常温溶融塩に対する濡れ性が高く、イオン移動抵抗を低減できるポリエステルが好ましく、中でもPETが特に好ましい。 As will be described later in Examples, polyesters that have high wettability to room temperature molten salt and can reduce ion migration resistance are preferable, and PET is particularly preferable.
なお、内側に位置する部位と外側に位置する部位は同一材料であっても異なる材料であってもかまわない。 In addition, the site | part located inside and the site | part located outside may be the same material, or may differ from each other.
大電流特性向上の観点から、内側に位置する部位はPETであることが好ましい。このとき、外側に位置する部位の材料はPP、PE等のポリオレフィンであると、さらに好ましい。濡れ性の高いPETを内側に、濡れ性の低いポリオレフィンを外側にすることで、内側向きの圧力が増加する。このため、非水電解質の浸透効果及び保持効果の向上により、大電流特性をさらに向上できる。 From the viewpoint of improving the large current characteristics, it is preferable that the portion located inside is PET. At this time, it is more preferable that the material of the part located outside is a polyolefin such as PP or PE. By placing the highly wettable PET on the inside and the lowly wettable polyolefin on the outside, the inward pressure increases. For this reason, the large current characteristic can be further improved by improving the permeation effect and the retention effect of the nonaqueous electrolyte.
一方、製造方法簡略化の観点から、内側に位置する部位と外側に位置する部位は同一材料であることが好ましい。 On the other hand, from the viewpoint of simplifying the manufacturing method, it is preferable that the portion located on the inner side and the portion located on the outer side are the same material.
セパレータの作製方法としては、内側に位置する部位と外側に位置する部位は同一材料の場合、セパレータの外側を加熱しその部分の空隙率を下げる方法、空隙率の異なるセパレータを接合する方法等が挙げられる。内側に位置する部位と外側に位置する部位は異なる材料の場合、材料の異なるセパレータを接合する方法等が挙げられる。 As a manufacturing method of the separator, when the site located inside and the site located outside are the same material, there are a method of heating the outside of the separator to lower the porosity of the portion, a method of joining separators having different porosity, etc. Can be mentioned. In the case where the portion located on the inner side and the portion located on the outer side are made of different materials, a method of joining separators made of different materials is exemplified.
2)非水電解質
本実施の形態の非水電解質は、常温溶融塩を含むことを特徴とするため、粘性が高い。
2) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte of the present embodiment is characterized by containing a room temperature molten salt, and thus has a high viscosity.
なお、一般に、非水電解質への応用が期待される常温溶融塩の粘度は、30(mPa・s)以上300(mPa・s)以下であり、Li塩等の電解質を添加した場合、濃度により異なるが、50(mPa・s)以上500(mPa・s)以下程度となる。これは、一般的なLi塩が添加された液状非水電解質の粘度、5(mPa・s)以上8(mPa・s)以下、に対し大きな差がある。 In general, the viscosity of normal temperature molten salt, which is expected to be applied to non-aqueous electrolytes, is 30 (mPa · s) or more and 300 (mPa · s) or less. Although it is different, it is about 50 (mPa · s) to 500 (mPa · s). This is largely different from the viscosity of a liquid non-aqueous electrolyte to which a general Li salt is added, that is, 5 (mPa · s) to 8 (mPa · s).
非水電解質は、常温溶融塩単独、又は常温溶融塩に他の有機溶媒を加えて調整した液状非水電解質、液状非水電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質等が挙げられる。なお、常温溶融塩は、単一の塩でも複数の塩の混合でもよい。また、適宜、電解質、添加剤等を加えてもよい。 Examples of the non-aqueous electrolyte include a normal temperature molten salt alone, a liquid non-aqueous electrolyte prepared by adding another organic solvent to the normal temperature molten salt, and a gel non-aqueous electrolyte in which a liquid non-aqueous electrolyte and a polymer material are combined. . The room temperature molten salt may be a single salt or a mixture of a plurality of salts. Moreover, you may add electrolyte, an additive, etc. suitably.
常温溶融塩は、有機物カチオンとアニオンの組合せからなる有機塩の内、常温(15〜25℃)で液体として存在しうる化合物を指す。常温溶融塩としては、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩等が挙げられる。なお、一般に、非水電解質電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。 The room temperature molten salt refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (15 to 25 ° C.) among organic salts composed of a combination of an organic cation and an anion. Examples of the room temperature molten salt include a room temperature molten salt that exists alone as a liquid, a room temperature molten salt that becomes a liquid when mixed with an electrolyte, and a room temperature molten salt that becomes a liquid when dissolved in an organic solvent. In general, the melting point of a room temperature molten salt used for a nonaqueous electrolyte battery is 25 ° C. or less.
有機物カチオンは、一般に、4級アンモニウム骨格を有する。 The organic cation generally has a quaternary ammonium skeleton.
有機カチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウムイオン(DI+ )、トリアルキルイミダゾリウムイオン(TI+ )等のイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン及びアルキルピペジニウムイオンより選ばれる少なくとも一種が好ましい。 The organic cation is preferably at least one selected from imidazolium ions such as dialkylimidazolium ions (DI +) and trialkylimidazolium ions (TI +), tetraalkylammonium ions, alkylpyridinium ions and alkylpipedinium ions.
特に、DI+の場合、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン(EMI+ )が好ましく、TI+の場合、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン(DMPI+ )が好ましい。また、テトラアルキルアンモニウムイオンの場合、ジメチルエチルメトキシアンモニウムイオン(DMEMA+ )が好ましい。また、アルキルピリジニウムイオンの場合、1−ブチルピリジニウムイオン(BP+ )が好ましい。 Particularly, in the case of DI +, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion (EMI +) is preferable, and in the case of TI +, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium ion (DMPI +) is preferable. In the case of tetraalkylammonium ions, dimethylethylmethoxyammonium ions (DMEMA +) are preferred. In the case of alkylpyridinium ions, 1-butylpyridinium ion (BP +) is preferred.
アニオンとしては、種種の有機物及び無機物アニオンが挙げられる。 Examples of anions include various organic and inorganic anions.
アニオンは、BF4 -、B(OOC−COO)2―、PF6 -、CF3SO3 -、CF3(CF2)3SO3 -、(CF3SO2)2N-、(CF3CF2SO2)2N-、(CF3SO2)(CF3CF2SO2)N-、(CF3SO2)(CF3CF2CF2SO2)N-、(CF3SO2)(CF3CF2CF2CFSO2)N-、(CF3SO2)(CF3CF2(CF3)CFSO2)N-、(NC)2N-、CF3CO2 -、(CF3SO2)3C-より選ばれる少なくとも一種が好ましい。 The anions are BF 4 − , B (OOC—COO) 2 −, PF 6 − , CF 3 SO 3 − , CF 3 (CF 2 ) 3 SO 3 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N − , (CF 3 SO 2 ) (CF 3 CF 2 SO 2 ) N − , (CF 3 SO 2 ) (CF 3 CF 2 CF 2 SO 2 ) N − , (CF 3 SO 2 ) (CF 3 CF 2 CF 2 CFSO 2 ) N − , (CF 3 SO 2 ) (CF 3 CF 2 (CF 3 ) CFSO 2 ) N − , (NC) 2 N − , CF 3 CO 2 − , (CF 3 SO 2) 3 C - at least one is preferably selected from.
好ましい有機物カチオンとアニオンの組合せとしては、四フッ化ホウ酸ジアルキルイミダゾリウム(DI・BF4 )、ジアルキルイミダゾリウムトリストリフルオロメタンスルフォニルメチド(DI・C(CF3SO2)3)、六フッ化リン酸ジアルキルイミダゾリウム(DI・PF6 )、トリアルキルイミダゾリウムトリストリフルオロメタンスルフォニルメチド(TI・C(CF3SO2)3 )等が挙げられる。 Preferred organic cation and anion combinations include dialkylimidazolium tetrafluoroborate (DI · BF 4 ), dialkylimidazolium tristrifluoromethanesulfonylmethide (DI · C (CF 3 SO 2 ) 3 ), hexafluoride Examples thereof include dialkylimidazolium phosphate (DI · PF 6 ), trialkylimidazolium tristrifluoromethanesulfonylmethide (TI · C (CF 3 SO 2 ) 3 ), and the like.
特に、DI・BF4、DI・C(CF3SO2)3及びTI・C(CF3SO2)3)は、イオン伝導性、化学的安定性及び電気化学的安定性に優れ、さらに好ましい。この中でも特に、DI・BF4の場合EMI・BF4、DI・C(CF3SO2)3の場合EMI・C(CF3SO2)3、TI・C(CF3SO2)3)の場合DMPI・C(CF3SO2)3が、比較的粘度が低く大電流特性に優れ、また、電池作製が容易となるため好ましい。 Particularly, DI · BF 4 , DI · C (CF 3 SO 2 ) 3 and TI · C (CF 3 SO 2 ) 3 ) are excellent in ion conductivity, chemical stability and electrochemical stability, and are more preferable. . Among this, the case of DI · BF 4 EMI · BF 4 , DI · C (CF 3 SO 2) 3 where EMI · C of (CF 3 SO 2) 3, TI · C (CF 3 SO 2) 3) In this case, DMPI · C (CF 3 SO 2 ) 3 is preferable because it has a relatively low viscosity and excellent high-current characteristics and facilitates battery production.
有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネートや、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネートや、ジメトキシエタン(DME)、ジエトエタン(DEE)等の鎖状エーテルや、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキソラン(DOX)等の環状エーテルや、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステルや、γ-ブチロラクトン(GBL)、アセトニトリル(AN)、スルホラン(SL)等の単独若しくは混合溶媒を挙げることができる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), dipropyl carbonate (DPC), and the like. Chain carbonates, chain ethers such as dimethoxyethane (DME) and dietoethane (DEE), cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF) and dioxolane (DOX), and phosphate esters such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate And γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), sulfolane (SL) and the like alone or in combination.
有機溶媒の混合割合としては、非水電解質の総重量に対し、0重量%以上50重量%以下の範囲内とすることが好ましい。50重量%より大であると、常温溶融塩による安全性向上の効果が得られなくなる。安全性向上の観点から、0.001重量%以上20重量%以下の範囲内が好ましい。なお、一般に、有機溶媒の混合割合が10重量%を超えると、顕著な粘度の低下が見られる。このため、有機溶媒の混合割合が0重量%以上10重量%以下の範囲内であると、本実施の形態の効果は特に大きい。 The mixing ratio of the organic solvent is preferably in the range of 0% by weight to 50% by weight with respect to the total weight of the nonaqueous electrolyte. If it is larger than 50% by weight, the effect of improving the safety by the room temperature molten salt cannot be obtained. From the viewpoint of improving safety, it is preferably within the range of 0.001% by weight to 20% by weight. In general, when the mixing ratio of the organic solvent exceeds 10% by weight, a marked decrease in viscosity is observed. For this reason, when the mixing ratio of the organic solvent is in the range of 0 wt% or more and 10 wt% or less, the effect of the present embodiment is particularly great.
高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。 Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), and the like.
電解質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、マグネシウム及びアルミニウムよりなる群から選択される少なくとも1種類からなるカチオンと、塩化物アニオン(Cl-、ClO4 -)、臭化物アニオン(Br-、)、ヨウ化物アニオン(I-)、フッ化物アニオン{BF4 -、PF6 - 、CF3SO3 - 、(CF3CF2SO2)2N-、あるいはトリストリフルオロメタンスルフォニルメチドイオン(CF3SO2)3C-、ビスオキサラトホウ酸アニオン(BOB-)、ジシアノアミンアニオン(DCA-)よりなる郡から選択される少なくとも1種類からなるアニオンの組合せからなる。特に、カチオンとしては、リチウム塩を用いることが好ましい。 The electrolyte is an alkali metal, alkaline earth metal, a cation of at least one selected from the group consisting of magnesium and aluminum, chloride anion (Cl-, ClO 4 -), a bromide anion (Br @ -,), iodine Fluoride anion (I−), fluoride anion {BF 4 −, PF 6 −, CF 3 SO 3 − , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N − , or tristrifluoromethanesulfonylmethide ion (CF 3 SO 2 ) It consists of a combination of at least one kind of anion selected from the group consisting of 3 C − , bisoxalatoborate anion (BOB−) and dicyanoamine anion (DCA−). In particular, it is preferable to use a lithium salt as the cation.
これら電解質の濃度は、0.1mol/L以上3.5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上3mol/L以下がさらに好ましい。濃度が0.1mol/L未満の場合、電解質の添加による導電性の向上が生じ難く、3.5mol/Lを超えると粘性の上昇により、返って導電率が低くなるためである。 The concentration of these electrolytes is preferably from 0.1 mol / L to 3.5 mol / L, more preferably from 0.5 mol / L to 3 mol / L. This is because when the concentration is less than 0.1 mol / L, the conductivity is hardly improved by the addition of an electrolyte, and when it exceeds 3.5 mol / L, the conductivity is lowered due to an increase in viscosity.
添加剤は、ビニレンカーボネイト(VC)、ビニレンアセテート(VA)及びカテコールカーボネイト(CC)から選ばれる1種以上が好ましい。これらの添加剤は、正極及び負極表面に化学的安定かつ低抵抗の被膜を形成することができ、大電流特性を向上させることができる。 The additive is preferably at least one selected from vinylene carbonate (VC), vinylene acetate (VA) and catechol carbonate (CC). These additives can form a chemically stable and low-resistance film on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode, and can improve large current characteristics.
添加剤の添加量は、0.01重量%以上5.0重量%以下の範囲が好ましい。0.01重量%より少ないと添加剤の効果が得られず、5.0重量%よりも多いと添加剤による被膜が過剰に厚くなり、返って大電流特性が劣化してしまうためである。添加量のさらに好ましい範囲は0.1重量%以上3.0重量%以下の範囲である。 The addition amount of the additive is preferably in the range of 0.01% by weight to 5.0% by weight. If the amount is less than 0.01% by weight, the effect of the additive cannot be obtained. If the amount is more than 5.0% by weight, the film of the additive becomes excessively thick, resulting in deterioration of the large current characteristics. A more preferable range of the addition amount is in the range of 0.1 wt% to 3.0 wt%.
3)負極
負極は、負極活物質を少なくとも有する。その他、負極集電体と、負極集電体の片面若しくは両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極層とを有してもよい。
3) Negative electrode The negative electrode has at least a negative electrode active material. In addition, you may have a negative electrode collector and the negative electrode layer carry | supported by the single side | surface or both surfaces of a negative electrode collector, and containing a negative electrode active material, a electrically conductive agent, and a binder.
負極活物質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、マグネシウム及びアルミニウムよりなる群から選択される少なくとも1種類の金属元素を含有するものや、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、マグネシウム及びアルミニウムイオンを吸蔵放出可能な物質が挙げられる。 The negative electrode active material contains at least one metal element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, magnesium and aluminum, alkali metal ions, alkaline earth metal ions, magnesium and aluminum ions. Materials that can be occluded and released are listed.
特に、リチウムイオンが負極と正極を移動することにより充放電が行われる非水電解質電池の場合について述べる。 In particular, the case of a non-aqueous electrolyte battery in which charging / discharging is performed by moving lithium ions between a negative electrode and a positive electrode will be described.
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム−アルミニウム合金等のリチウム合金である。リチウム合金としてはLiとSi、Sn、Al、B、Ga、In、Pb、Bi、Sbの中から選ばれる少なくとも1種の元素との合金が挙げられる。 The negative electrode active material is a lithium alloy such as lithium metal or lithium-aluminum alloy. Examples of the lithium alloy include an alloy of Li and at least one element selected from Si, Sn, Al, B, Ga, In, Pb, Bi, and Sb.
また、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な物質として、硫化鉄(FeS)、二硫化鉄(FeS2)、二硫化チタン(TiS2)、酸化モリブデン(MoO2)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、炭素質材料、Li2.6Co0.4N等、Li2.5Ni0.5N等のLiとCoもしくはNiとを含む窒化物、CとSi若しくはSiOとを含むSi/C複合材料等が挙げられる。 Examples of substances capable of occluding and releasing lithium ions include iron sulfide (FeS), iron disulfide (FeS2), titanium disulfide (TiS2), molybdenum oxide (MoO2), lithium titanate (Li4Ti5O12), carbonaceous materials, Examples thereof include nitrides including Li and Co or Ni such as Li 2.6 Co 0.4 N, Li 2.5 Ni 0.5 N, and Si / C composite materials including C and Si or SiO.
炭素質材料としては、例えば、黒鉛、等方性黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素などを挙げることができる。中でも、メソフェーズピッチを原料とした炭素繊維や、球状炭素を含む負極は、充電効率が高いためにサイクル特性を向上することができ、好適である。さらに、メソフェーズピッチを原料とした炭素繊維や、球状炭素の黒鉛結晶の配向は、放射状であることが好ましい。メソフェーズピッチを原料とした炭素繊維や、球状炭素は、例えば、石油ピッチ、コールタール、樹脂などの原料を550℃〜2000℃で熱処理することにより炭素化するか、あるいは2000℃以上の熱処理で黒鉛化することによって作製することができる。 Examples of the carbonaceous material include graphite, isotropic graphite, coke, carbon fiber, spherical carbon, resin-fired carbon, and pyrolytic vapor grown carbon. Among them, a carbon fiber using mesophase pitch as a raw material and a negative electrode including spherical carbon can improve cycle characteristics because of high charging efficiency, and are preferable. Furthermore, the orientation of carbon fibers made from mesophase pitch or spherical carbon graphite crystals is preferably radial. Carbon fibers and spherical carbon made from mesophase pitch are carbonized by heat-treating raw materials such as petroleum pitch, coal tar and resin at 550 ° C. to 2000 ° C., or graphite by heat treatment at 2000 ° C. or higher. Can be produced.
炭素質材料は、X線回折ピークから得られる黒鉛結晶の(002)面の面間隔d002が0.3354nm以上0.40nm以下の範囲にあることが好ましい。炭素質材料の種類にも大きく依存するが、炭素質材料の比表面積はBET(Brunauer,Emmett,Teller)法を用いた場合、0.5m2/g以上1000m2/g以下であることが好ましく、さらに好ましくは、1m2/g以上200m2/g以下である。 The carbonaceous material preferably has an interplanar spacing d002 of (002) planes of graphite crystals obtained from X-ray diffraction peaks in the range of 0.3354 nm or more and 0.40 nm or less. Although it depends largely on the type of carbonaceous material, the specific surface area of the carbonaceous material is preferably 0.5 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less when using the BET (Brunauer, Emmett, Teller) method, still more preferably 1 m 2 / g or more 200 meters 2 / g or less.
電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤として、炭素材料を用いることが出来る。導電剤としては導電性の高い物質が好ましい。導電剤として使用される炭素材料としては、例えばアセチレンブラック等のカーボンブラックを負極に使用することが好ましい。なお、負極活物質が充分な導電性を備える場合は、導電剤は用いなくても良い。 A carbon material can be used as a conductive agent for enhancing electron conductivity and suppressing contact resistance with the current collector. As the conductive agent, a highly conductive substance is preferable. As the carbon material used as the conductive agent, for example, carbon black such as acetylene black is preferably used for the negative electrode. Note that when the negative electrode active material has sufficient conductivity, the conductive agent may not be used.
負極活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴム等が挙げられる。 Examples of the binder for binding the negative electrode active material and the conductive agent include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, and styrene butadiene rubber.
負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、負極活物質は70重量%以上96重量%以下、導電剤は2重量%以上28重量%以下、結着剤は2重量%以上28重量%以下の範囲にすることが好ましい。導電剤量が2重量%未満であると、負極層の導電性が低下し、非水電解質電池の大電流特性が低下する。また、結着剤量が2重量%未満であると、負極層と負極集電体の結着性が低下し、サイクル特性が低下する。一方、高容量化の観点から、導電剤及び結着剤は各々28重量%以下であることが好ましい。 Regarding the mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder, the negative electrode active material is 70% by weight to 96% by weight, the conductive agent is 2% by weight to 28% by weight, and the binder is 2% by weight to 28% by weight. It is preferable to make it into the range below weight%. If the amount of the conductive agent is less than 2% by weight, the conductivity of the negative electrode layer is lowered, and the large current characteristics of the nonaqueous electrolyte battery are lowered. On the other hand, when the amount of the binder is less than 2% by weight, the binding property between the negative electrode layer and the negative electrode current collector is lowered, and the cycle characteristics are lowered. On the other hand, from the viewpoint of increasing the capacity, the conductive agent and the binder are each preferably 28% by weight or less.
負極集電体は、負極活物質のLi吸蔵放出電位により異なる材料を用いる。例えば、負極集電体は、負極活物質が炭素質物の場合、銅を用い、負極活物質がLi金属の場合、ニッケルを用い、負極活物質がチタン酸リチウムの場合、アルミニウムを用いることが好ましい。 As the negative electrode current collector, different materials are used depending on the Li storage / release potential of the negative electrode active material. For example, the negative electrode current collector preferably uses copper when the negative electrode active material is a carbonaceous material, uses nickel when the negative electrode active material is Li metal, and uses aluminum when the negative electrode active material is lithium titanate. .
負極は、例えば、負極活物質、導電剤及び結着剤を汎用されている溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作成される。 The negative electrode is produced, for example, by suspending a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder in a widely used solvent, applying the suspension to a current collector, drying, and pressing.
4)正極
正極は、正極活物質を少なくとも有する。その他、正極集電体と、正極集電体の片面若しくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを有してもよい。
4) Positive electrode The positive electrode has at least a positive electrode active material. In addition, you may have a positive electrode electrical power collector and the positive electrode layer carry | supported by the single side | surface or both surfaces of a positive electrode electrical power collector and containing a positive electrode active material, a electrically conductive agent, and a binder.
正極活物質としては、酸化物、硫化物、導電性ポリマー等が挙げられ、これらの一種以上を用いる。 Examples of the positive electrode active material include oxides, sulfides, and conductive polymers, and one or more of these are used.
例えば、酸化物としては、Liを吸蔵した二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、オキシリン酸銅(Cu4O(PO4)2)、バナジン酸銀(AgV4O11)、五酸化二バナジウム(V2O5)、クロム酸銀(Ag2Cr2O4)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV2O5)、及び、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn2O4またはLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1-yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLiMnyCo1-yO2)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiyO4)、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物(例えばLiNi1-x-yCoxAlyO2)、リチウムマンガンコバルトニッケル複合酸化物(例えばLiMnxCo2-x-yNiyO4)。オリピン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4)等が挙げられる。 For example, oxides include manganese dioxide (MnO 2 ) occluded Li, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, copper oxyphosphate (Cu 4 O (PO 4 ) 2 ), silver vanadate (AgV 4 O 11 ) , Divanadium pentoxide (V 2 O 5 ), silver chromate (Ag 2 Cr 2 O 4 ), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (eg V 2 O 5 ), and lithium Manganese composite oxide (for example, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (Eg, LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide (eg, LiMn y Co 1-y O 2 ), spinel type lithium manganese nickel composite oxide (eg, Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide (e.g., LiNi 1-xy Co x Al y O 2), lithium Manganese cobalt nickel complex oxide (e.g., LiMn x Co 2-xy Ni y O 4). Lithium phosphorus oxide having an olivine structure (e.g., Li x FePO 4, Li x Fe 1-y Mn y PO 4, Li x CoPO 4) , and the like.
例えば、硫化物としては、二硫化鉄、硫化鉄、硫化銅、二酸化硫黄等が挙げられる。 For example, examples of the sulfide include iron disulfide, iron sulfide, copper sulfide, and sulfur dioxide.
例えば、導電性ポリマーとしては、ポリアニリンやポリピロール等や、ジスルフィド系ポリマー材料等が挙げられる。 For example, examples of the conductive polymer include polyaniline and polypyrrole, and disulfide polymer materials.
その他に、イオウ(S)、フッ化カーボン、フッ化銅、塩化銅等も使用できる。 In addition, sulfur (S), carbon fluoride, copper fluoride, copper chloride, and the like can be used.
導電性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。 Examples of the conductive agent for increasing the conductivity and suppressing the contact resistance with the current collector include carbon black such as acetylene black, ketjen black, and furnace black, and graphite.
正極活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレンーブタジエンゴム(SBR)、フッ素系ゴム等が挙げられる。 Examples of the binder for binding the positive electrode active material and the conductive agent include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), and styrene-butadiene rubber. (SBR), fluorine rubber, and the like.
正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、正極活物質は80重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上20重量%以下、結着剤は2重量%以上7重量%以下の範囲にすることが好ましい。導電剤については、3重量%以上であることにより上述した効果を発揮することができ、20重量%以下であることにより、高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤については、2重量%以上であることにより十分な電極強度が得られ、7重量%以下であることにより、電極の絶縁体の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。 Regarding the compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder, the positive electrode active material is 80% by weight to 95% by weight, the conductive agent is 3% by weight to 20% by weight, and the binder is 2% by weight to 7%. It is preferable to be in the range of wt% or less. For the conductive agent, the effect described above can be exhibited by being 3% by weight or more, and by reducing the content to 20% by weight or less, the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the conductive agent under high temperature storage is reduced. be able to. When the binder is 2% by weight or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is 7% by weight or less, the blending amount of the electrode insulator can be reduced and the internal resistance can be reduced.
正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。 The positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil.
正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を正極集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作成される。 The positive electrode is produced, for example, by suspending a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in an appropriate solvent, applying the suspension to a positive electrode current collector, drying, and pressing.
5)容器
容器としては、肉厚0.2mm以下のラミネートフィルムや、肉厚0.5mm以下の金属製容器が挙げられる。肉厚0.2mm以下であるとより好ましい。形状としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型等が挙げられる。なお、無論、携帯用電子機器等に積載される小型電池の他、電気自動車等に積載される大型電池でも良い。
5) Container Examples of the container include a laminate film having a thickness of 0.2 mm or less and a metal container having a thickness of 0.5 mm or less. The wall thickness is more preferably 0.2 mm or less. Examples of the shape include a flat type, a square type, a cylindrical type, a coin type, a button type, a sheet type, and a laminated type. Of course, in addition to a small battery mounted on a portable electronic device or the like, a large battery mounted on an electric vehicle or the like may be used.
ラミネートフィルムは、金属層と金属層を被覆する樹脂層とからなる多層フィルムである。軽量化のために、金属層はアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより成形する。 The laminate film is a multilayer film composed of a metal layer and a resin layer covering the metal layer. In order to reduce the weight, the metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil. The resin layer is for reinforcing the metal layer, and a polymer such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, polyethylene terephthalate (PET), or the like can be used. The laminate film is formed by sealing by heat sealing.
金属製容器としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金等が挙げられる。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属は100ppm以下にすることが好ましい。 Examples of the metal container include aluminum or an aluminum alloy. As the aluminum alloy, an alloy containing elements such as magnesium, zinc and silicon is preferable. On the other hand, transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium are preferably 100 ppm or less.
以下、捲回型の電極群を備える円筒型及び扁平型の非水電解質電池と積層型の電極群を備えるコイン型非水電解質電池の一例を示し、詳細に説明する。 Hereinafter, an example of a coin-type nonaqueous electrolyte battery including a cylindrical and flat type nonaqueous electrolyte battery including a wound electrode group and a stacked electrode group will be described in detail.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係わる捲回円筒型非水電解質電池について、図1及び図2(a)を参照して説明する。
(First embodiment)
The wound cylindrical nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2A.
図1は、第1の実施の形態に係わる捲回円筒型非水電解質電池の部分切欠側面模式図である。 FIG. 1 is a partially cutaway side view of the wound cylindrical nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
金属製の有底円筒状の容器11は、底部に絶縁体12が配置され、その上に電極群13が収納されている。電極群13は、正極14、セパレータ15及び負極16からなり、正極14と負極16はセパレータ15を介し、負極16が最外殻となるように渦巻状に捲回した構造になっている。なお、電極群13最外殻と容器11内側壁の間には、絶縁層が介在するため、電気的に接続しない。
In the bottomed
容器11内には、非水電解質が充填されている。中央部が開口された絶縁紙17は、容器11内の電極群13の上方に配置されている。絶縁封口板18は、容器11の上部開口部に配置され、かつ容器11の上部開口部付近を内側にかしめて加工することにより絶縁封口板18は容器11に固定されている。正極端子19は、絶縁封口板18の中央には嵌合されている。正極リード110の一端は、正極14に、他端は正極端子19にそれぞれ接続されている。負極6は、図示しない負極リードを介して負極端子である容器1に接続されている。
The
なお、電極群13最外殻と容器11内側壁の間の絶縁層は、両者の電気的接続を遮ることができればよく、容器11の内壁に接着するものでも、電極群13に接着するものでもかまわない。また、容器11として、金属層と金属層を被覆する樹脂層からなるラミネートフィルムを用いた場合、樹脂層が電極群13最外殻と容器11内側壁の間の絶縁層となる。
Note that the insulating layer between the outermost shell of the
図2(a)は、第1の実施の形態に係わるセパレータの表面模式図である。 FIG. 2A is a schematic view of the surface of the separator according to the first embodiment.
図2(a)に示すように、電極群13は捲回構造を採るため、セパレータ15は帯状となる。第1の実施の形態では、電極群13の外側は、円筒型電極群の上底面及び下底面を指す。従って、セパレータ15において、電極群の外側に位置する部位15aは、電極群の内側に位置する部位15bをセパレータの幅方向に挟む帯状の端部を指す。また、Wはセパレータの幅を指し、Waは端部幅を指す。
As shown in FIG. 2A, since the
第1の実施の形態によれば、捲回円筒型電極群の上底面は非水電解質の注入箇所となり、下底面は注入時において非水電解質が溜まる箇所となるため浸透が容易である。 According to the first embodiment, the upper bottom surface of the wound cylindrical electrode group is a non-aqueous electrolyte injection location, and the lower bottom surface is a location where the non-aqueous electrolyte accumulates at the time of injection, so that penetration is easy.
また、第1の実施の形態によれば、空隙率差による内側向きの圧力により、上底面及び下底面方向への非水電解質の流出を留めることが可能であり、非水電解質の保持が容易である。 In addition, according to the first embodiment, it is possible to stop the nonaqueous electrolyte from flowing out toward the upper bottom surface and the lower bottom surface by the inward pressure due to the porosity difference, and it is easy to hold the nonaqueous electrolyte. It is.
(変形例1)
変形例1では、外周端も低空隙率となるセパレータを用いた捲回円筒型非水電解質電池について、第1の実施の形態と異なる箇所に関し、図2(b)を参照して説明する。
(Modification 1)
In Modification 1, a wound cylindrical non-aqueous electrolyte battery using a separator whose outer peripheral end also has a low porosity will be described with reference to FIG. 2B with respect to a different point from the first embodiment.
図2(b)は、変形例1に係わるセパレータの表面模式図である。 FIG. 2B is a schematic diagram of the surface of the separator according to the first modification.
変形例1では、電極群13の外側は、円筒型電極群の外周端、上底面及び下底面を指す。従って、図2(b)に示すように、セパレータ15において、電極群の外側に位置する部位15aは、外周端及び電極群の内側に位置する部位15bをセパレータの幅方向に挟む帯状の端部となる。
In the first modification, the outside of the
変形例1によれば、空隙率差による内側向きの圧力により、外周方向への非水電解質の流出を留めることが可能であり、非水電解質をさらに保持できる。 According to the first modification, the inflow of the nonaqueous electrolyte in the outer peripheral direction can be stopped by the inward pressure due to the difference in porosity, and the nonaqueous electrolyte can be further retained.
変形例1の捲回円筒型非水電解質電池は、電極群13の最外殻がセパレータである場合にさらに効果を発揮する。
The wound cylindrical non-aqueous electrolyte battery of Modification 1 is more effective when the outermost shell of the
最外殻部のセパレータ内に含浸された非水電解質は、充放電に寄与せず、最外殻部のセパレータは絶縁層としてのみの役割を為す。従って、短絡の恐れを低減するためにも、最外殻部のセパレータの空隙率は低い方が好ましい。 The nonaqueous electrolyte impregnated in the outermost shell separator does not contribute to charge / discharge, and the outermost shell separator serves only as an insulating layer. Therefore, in order to reduce the risk of short circuit, it is preferable that the porosity of the separator in the outermost shell portion is low.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係わる捲回扁平型非水電解質電池について、図3及び図4(a)を参照して説明する。
(Second Embodiment)
A wound flat type nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4A.
図3は、第2の実施の形態に係わる捲回扁平型非水電解質電池の部分切欠斜視模式図である。 FIG. 3 is a partially cutaway perspective schematic view of a wound flat type nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment.
図3に示すように、正極24と負極26はセパレータ25を介して、負極26が最外殻となるように、渦巻き状に捲回された扁平状の電極群23を構成している。なお、正極24はセパレータの裏側に備わり、便宜上点線で図示されている。これらの外周端は、外周側から順に、セパレータ25、正極24、負極26である。正極24の外周端近傍には正極端子29が接着し、負極26の外周端近傍には負極端子210が接着する。電極群は非水電解質が充填された容器21に収納される。
As shown in FIG. 3, the
図4(a)は、第2の実施の形態に係わるセパレータの表面模式図である。 FIG. 4A is a schematic view of the surface of the separator according to the second embodiment.
図4(a)に示すように、電極群23は捲回構造を採るため、セパレータ25は帯状となる。第2の実施の形態では、電極群23の外側は、電極群23の湾曲部、上底面及び下底面を指す。従って、セパレータ25において、電極群の外側に位置する部位25aは、電極群の湾曲部及び電極群の内側に位置する部位25bをセパレータの幅方向に挟む帯状の端部となる。また、Wはセパレータの幅を指し、Waは端部幅を指す。
As shown to Fig.4 (a), since the
第2の実施の形態によれば、捲回扁平型電極群の上底面は非水電解質の注入箇所となり、下底面は注入時において非水電解質が溜まる箇所となるため浸透が容易である。 According to the second embodiment, since the upper bottom surface of the wound flat electrode group is a non-aqueous electrolyte injection location and the lower bottom surface is a location where the non-aqueous electrolyte is accumulated at the time of injection, penetration is easy.
また、捲回扁平型非水電解質電池では、構造上、電極平面部は電極湾曲部に比して、充放電反応時の電極の膨張収縮が顕著であるため、電極平面部から電極湾曲部方向へ圧力が生じ、非水電解質が流出する。しかし、第2の実施の形態によれば、この圧力と反対方向に、空隙率差による内側向きの圧力が生じるため、非水電解質を均一に保持できる。 Also, in the wound flat type non-aqueous electrolyte battery, the electrode plane portion is more prominently expanded and contracted during the charge / discharge reaction than the electrode bend portion due to the structure. Pressure is generated and the nonaqueous electrolyte flows out. However, according to the second embodiment, an inward pressure due to a difference in porosity is generated in the opposite direction to this pressure, so that the non-aqueous electrolyte can be held uniformly.
(変形例2)
変形例2では、外周端も低空隙率となるセパレータを用いた捲回扁平型非水電解質電池について、第2の実施の形態と異なる箇所に関し、図4(b)を参照して説明する。
(Modification 2)
In Modification 2, a wound flat type non-aqueous electrolyte battery using a separator whose outer peripheral end also has a low porosity will be described with reference to FIG. 4B with respect to different points from the second embodiment.
図4(b)は、変形例2に係わるセパレータの表面模式図である。 FIG. 4B is a schematic diagram of the surface of the separator according to the second modification.
変形例2では、電極群23の外側は、扁平型電極群の外周端、湾曲部、上底面及び下底面となる。従って、図2(b)に示すように、セパレータ25において、電極群の外側に位置する部位25aは、電極群23の外周端、湾曲部及び電極群の内側に位置する部位25bをセパレータの幅方向に挟む帯状の端部となる。
In the second modification, the outer side of the
変形例2によれば、空隙率差による内側向きの圧力により、外周方向への非水電解質の流出を留めることが可能であり、非水電解質をさらに保持できる。 According to the second modification, the inflow of the nonaqueous electrolyte in the outer peripheral direction can be stopped by the inward pressure due to the porosity difference, and the nonaqueous electrolyte can be further retained.
変形例2の捲回円筒型非水電解質電池は、電極群23の最外殻がセパレータである場合にさらに効果を発揮する。
The wound cylindrical non-aqueous electrolyte battery of Modification 2 is further effective when the outermost shell of the
最外殻部のセパレータ内に含浸された非水電解質は、充放電に寄与せず、最外殻部のセパレータは絶縁層としてのみの役割を為す。従って、短絡の恐れを低減するためにも、最外殻部のセパレータの空隙率は低い方が好ましい。 The nonaqueous electrolyte impregnated in the outermost shell separator does not contribute to charge / discharge, and the outermost shell separator serves only as an insulating layer. Therefore, in order to reduce the risk of short circuit, it is preferable that the porosity of the separator in the outermost shell portion is low.
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係わる積層コイン型非水電解質電池について、図5及び図6を参照して説明する。
(Third embodiment)
A laminated coin type nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
図5は、第3の実施の形態に係わる積層コイン型非水電解質電池の断面模式図である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a laminated coin-type nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment.
容器31の底面に正極リード39が備わる。正極34は、正極リード39を介して容器31と電気的に接続する。負極36は負極封口板310と電気的に接続されている。正極34と負極36とは、セパレータ35を挟み、対向する位置にある。容器31と負極封口板310は絶縁ガスケット32により電気的に絶縁されており、また絶縁ガスケット32によりコイン型電池は密閉される。非水電解質は、セパレータ35、正極34、負極36、あるいはコイン型電池内部の空隙に存在する。
A
図6は、第3の実施の形態に係わるセパレータの表面模式図である。 FIG. 6 is a schematic view of the surface of the separator according to the third embodiment.
図6に示すように、電極群33は積層構造を採るため、セパレータ35は円形となる。従って、セパレータ35において、電極群の33の外側に位置する部位35aは、電極群の内側に位置する部位15bを囲い、外縁に接するドーナツ状の端部となる。また、Wはセパレータの直径を指し、Waは端部幅を指す。
As shown in FIG. 6, since the electrode group 33 has a laminated structure, the
また、第3の実施の形態によれば、空隙率差による内側向きの圧力により、層方向への非水電解質の流出を留めることが可能であり、非水電解質の保持が容易である。 Further, according to the third embodiment, the non-aqueous electrolyte can be prevented from flowing out in the layer direction due to the inward pressure due to the porosity difference, and the non-aqueous electrolyte can be easily held.
なお、コイン型に係わらず、積層型の電極群の場合、電極群の外側に位置する部位は、セパレータの外縁部となる。その他、電極群の外側に位置する部位としては、積層型の電極群の最上層、最下層を形成するセパレータ等が挙げられる。 Regardless of the coin type, in the case of a stacked electrode group, the portion located outside the electrode group is the outer edge of the separator. In addition, examples of the portion located outside the electrode group include a separator that forms the uppermost layer and the lowermost layer of the stacked electrode group.
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。 Examples will be described below, but the present invention is not limited to the examples described below unless the gist of the present invention is exceeded.
試験A乃至Cでは、第1乃至第3の実施の形態に対応する型の非水電解質電池について、大電流特性とサイクル特性を調査した。試験Dでは、セパレータの濡れ性について調査した。 In tests A to C, the high current characteristics and the cycle characteristics were examined for the nonaqueous electrolyte batteries of the type corresponding to the first to third embodiments. In test D, the wettability of the separator was investigated.
(試験A)
まず、以下に示す製造方法を用いて実施例A1に示す捲回円筒型非水電解質電池を作製した。
(Test A)
First, a wound cylindrical nonaqueous electrolyte battery shown in Example A1 was produced using the manufacturing method described below.
<正極の作製>
正極活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)粉末を91重量部と、導電剤としてアセチレンブラック(電気化学工業製 型番FX35)を2.5重量部と、導電剤としてグラファイトを2.5重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を3重量部とを、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより、電極密度3.0g/cm3、電極幅58.5mmの正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
91 parts by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2) powder as a positive electrode active material, 2.5 parts by weight of acetylene black (Model No. FX35 manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive agent, and 2.5 parts by weight of graphite as a conductive agent Then, 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder was mixed in an N-methylpyrrolidone (NMP) solution to prepare a slurry. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed to prepare a positive electrode having an electrode density of 3.0 g / cm 3 and an electrode width of 58.5 mm.
<負極の作製>
負極活物質としてリチウムチタン酸化物(Li4Ti5O12)粉末を85重量部と、導電剤としてグラファイトを5重量部と、導電剤としてケッチェンブラックを3重量部と、結着剤としてPVdFを7重量部とを、N−メチルピロリドン(NMP)溶液中で混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより、電極密度2.0g/cm3、電極幅59.0mmの負極を作製した。
<Production of negative electrode>
85 parts by weight of lithium titanium oxide (Li4Ti5O12) powder as a negative electrode active material, 5 parts by weight of graphite as a conductive agent, 3 parts by weight of ketjen black as a conductive agent, and 7 parts by weight of PVdF as a binder Were mixed in N-methylpyrrolidone (NMP) solution to prepare a slurry. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed to prepare a negative electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 and an electrode width of 59.0 mm.
<セパレータの作製>
幅60.66mmで空隙率95%のPET不織布からなるセパレータについて夫々の端部0.36mmを0.03mmになるまで85℃で加熱し、端部幅0.03mm、空隙率が40%の電極群の外側に位置する部位に挟まれた、内部幅59.94mm、空隙率が95%の電極群の内側に位置する部位を備える幅60mm、厚さ50μmの図2(a)に示すセパレータを作製した。
<Preparation of separator>
For separators made of PET nonwoven fabric with a width of 60.66 mm and a porosity of 95%, each end 0.36 mm is heated at 85 ° C. until it reaches 0.03 mm, and is placed outside the electrode group with an end width of 0.03 mm and a porosity of 40%. A separator shown in FIG. 2A having a width of 60 mm and a thickness of 50 μm including a portion positioned inside an electrode group having an internal width of 59.94 mm and a porosity of 95%, sandwiched between the positioned portions was prepared.
<電極群の作製>
正極、セパレータ、負極及びセパレータを夫々この順序で積層した後、負極が最外殻となるように円筒型に捲回して電極群を作製した。
<Production of electrode group>
After laminating the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator in this order, they were wound into a cylindrical shape so that the negative electrode became the outermost shell, thereby preparing an electrode group.
<非水電解質電池の作製>
電極群を、ステンレス製の有底円筒状容器内に夫々収納し、1−エチル−3メチルイミダゾリウム4フッ化ホウ素(EMI・BF4 )に電解質として2MのLiBF4を加え調製した非水電解質を注入し、上述した図1に示す構造を有する円筒捲回型非水電解質電池を組み立てた。
<Production of nonaqueous electrolyte battery>
Each electrode group is housed in a cylindrical container made of stainless steel, and a nonaqueous electrolyte prepared by adding 2M LiBF4 as an electrolyte to 1-ethyl-3methylimidazolium tetrafluoroboron (EMI.BF4) is injected. A cylindrical wound nonaqueous electrolyte battery having the structure shown in FIG. 1 was assembled.
セパレータの端部、内部、最外殻の空隙率、材料、端部幅Wa並びに電極群の最外殻を表1に示すように変更した以外は、実施例A1と同様に、実施例A2乃至18及び比較例A1乃至2に示す円筒捲回型非水電解質電池を組み立てた。 Example A2 to Example A2 were the same as Example A1 except that the separator end, interior, outer shell porosity, material, end width Wa and electrode group outermost shell were changed as shown in Table 1. 18 and the cylindrical wound nonaqueous electrolyte battery shown in Comparative Examples A1 and A-2 were assembled.
なお、端部と内側で材料の異なるセパレータは、夫々の材料を接合し、作製した。 In addition, the separator which material differs in an edge part and an inner side joined and produced each material.
また、比較例2のセパレータは、表1に示していないが、空隙率90%、厚さ30μmのPPからなる内層と、内層を挟む空隙率60%、厚さ10μmのPEからなる外層を備える。 Although not shown in Table 1, the separator of Comparative Example 2 includes an inner layer made of PP with a porosity of 90% and a thickness of 30 μm and an outer layer made of PE with a porosity of 60% and a thickness of 10 μm sandwiching the inner layer. .
得られた実施例A1乃至18及び比較例A1乃至2の非水電解質電池について、以下に示すように大電流特性及びサイクル特性を評価した。 With respect to the obtained nonaqueous electrolyte batteries of Examples A1 to 18 and Comparative Examples A1 to A2, large current characteristics and cycle characteristics were evaluated as follows.
<大電流特性評価>
非水電解質電池について、20℃環境下で0.2CmAで2.8Vまで定電流−定電圧充電を行ったのち、20℃で0.2CmAで放電を行った際の電池電圧が1Vに達した際の放電容量を100とした。その後、20℃環境下で0.2CmAで2.8Vまで定電流−定電圧充電を行ったのち、20℃で1CmAで放電を行った際の電池電圧が1Vに達した際の放電容量を測定した。その結果を表1に併記する。
<Evaluation of large current characteristics>
For a non-aqueous electrolyte battery, a constant current-constant voltage charge was performed up to 2.8 V at 0.2 CmA in an environment of 20 ° C., and then the battery voltage reached 1 V when discharged at 0.2 CmA at 20 ° C. The discharge capacity was 100. Then, after performing constant current-constant voltage charging at 0.2 CmA to 2.8 V in a 20 ° C. environment, the discharge capacity was measured when the battery voltage reached 1 V at 20 ° C. and discharging at 1 CmA. did. The results are also shown in Table 1.
<サイクル特性評価>
非水電解質電池について、20℃環境下で0.2CmAで2.8Vまで10時間充電した後、0.2CmAで1Vまで放電する充放電サイクルを施した。放電容量が1サイクル目の放電容量の80%に低下したときをサイクル寿命とした。その結果を表1に併記する。
<Cycle characteristic evaluation>
About the nonaqueous electrolyte battery, after charging for 10 hours to 2.8V at 0.2 CmA in a 20 degreeC environment, the charging / discharging cycle which discharges to 1V at 0.2 CmA was given. The cycle life was determined when the discharge capacity dropped to 80% of the discharge capacity at the first cycle. The results are also shown in Table 1.
表1に示すように、実施例A1乃至18は、比較例A1乃至2に比して、サイクル寿命に優れる。従って、本実施の形態の非水電解質電池は、サイクル特性が向上できることが解る。 As shown in Table 1, Examples A1 to A18 are excellent in cycle life as compared with Comparative Examples A1 to A2. Therefore, it can be seen that the non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment can improve the cycle characteristics.
また、実施例A2乃至6は、実施例A1に比して、放電容量比及びサイクル寿命にさらに優れる。従って、全幅に対する端部幅の割合は、0.1%以上40%以下であると大電流特性及びサイクル特性がさらに向上することが解る。 In addition, Examples A2 to A6 are further superior in discharge capacity ratio and cycle life as compared to Example A1. Therefore, it can be seen that the large current characteristic and the cycle characteristic are further improved when the ratio of the end width to the total width is 0.1% or more and 40% or less.
また、実施例A9乃至13は、実施例A7乃至8に比して、放電容量比に優れる。従って、外側に位置する部位と内側に位置する部位の空隙率の差は5%以上であると大電流特性がさらに向上することが解る。 In addition, Examples A9 to A13 are superior in discharge capacity ratio compared to Examples A7 to A8. Therefore, it can be seen that the large current characteristic is further improved when the difference in porosity between the portion located outside and the portion located inside is 5% or more.
また、実施例A11乃至13は、実施例A7乃至10に比して、サイクル寿命に優れる。従って、外側に位置する部位と内側に位置する部位の空隙率の差は20%以上であるとサイクル特性がさらに向上することが解る。 In addition, Examples A11 to A13 are superior in cycle life as compared to Examples A7 to A10. Therefore, it can be seen that the cycle characteristics are further improved when the difference in porosity between the portion located outside and the portion located inside is 20% or more.
また、実施例A17は、実施例A18に比して、放電容量比に優れる。従って、外周端も低空隙率となるセパレータを用いると、大電流特性がさらに向上することが解る。 In addition, Example A17 is superior in discharge capacity ratio to Example A18. Therefore, it can be seen that the use of a separator having a low porosity at the outer peripheral end further improves the large current characteristics.
(試験B)
まず、以下に示す製造方法を用いて実施例B1に示す捲回扁平型非水電解質電池を作製した。
(Test B)
First, a wound flat non-aqueous electrolyte battery shown in Example B1 was produced using the manufacturing method described below.
<正極の作製>
正極活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)粉末を91重量部と、導電剤としてアセチレンブラック(電気化学工業製 型番FX35)を2.5重量部と、導電剤としてグラファイトを2.5重量部と、結着剤としてPVdFを3重量部とを、NMP溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより電極密度3.0g/cm3、電極幅49.0mmの正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
91 parts by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2) powder as a positive electrode active material, 2.5 parts by weight of acetylene black (Model No. FX35 manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive agent, and 2.5 parts by weight of graphite as a conductive agent A slurry was prepared by mixing 3 parts by weight of PVdF as a binder in an NMP solution. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and pressed to prepare a positive electrode having an electrode density of 3.0 g / cm 3 and an electrode width of 49.0 mm.
<負極の作製>
負極活物質としてリチウムチタン酸化物(Li4Ti5O12)粉末を85重量部と、導電剤としてグラファイトを5重量部と、導電剤としてケッチェンブラックを3重量部と、結着剤としてPVdFを7重量部とを、NMP溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、電極密度2.0g/cm3、電極幅49.5mmの負極を作製した。
<Production of negative electrode>
85 parts by weight of lithium titanium oxide (Li4Ti5O12) powder as a negative electrode active material, 5 parts by weight of graphite as a conductive agent, 3 parts by weight of ketjen black as a conductive agent, and 7 parts by weight of PVdF as a binder Were mixed in NMP solution to prepare a slurry. The obtained slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and pressed to produce a negative electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 and an electrode width of 49.5 mm.
<セパレータの作製>
幅50.66mmで空隙率95%のPET不織布からなるセパレータについて夫々の端部0.36mmを0.03mmになるまで85℃で加熱し、端部幅0.03mm、空隙率が40%の電極群の外側に位置する部位に挟まれた、内部幅49.94mm、空隙率が95%の電極群の内側に位置する部位を備える幅50mm、厚さ50μmの図4(a)に示すセパレータを作製した。
<Preparation of separator>
About separator made of PET nonwoven fabric with a width of 50.66 mm and a porosity of 95%, each end 0.36 mm is heated at 85 ° C. until it becomes 0.03 mm, and is placed outside the electrode group having an end width of 0.03 mm and a porosity of 40%. A separator shown in FIG. 4A having a width of 50 mm and a thickness of 50 μm including a portion located inside an electrode group having an inner width of 49.94 mm and a porosity of 95%, sandwiched between the positioned portions, was produced.
<電極群の作製>
正極、セパレータ、負極及びセパレータを夫々この順序で積層した後、負極が最外殻に位置するように扁平型に捲回して電極群を作製した。
<Production of electrode group>
After laminating the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator in this order, they were wound into a flat shape so that the negative electrode was located in the outermost shell, thereby producing an electrode group.
<非水電解質電池の作製>
電極群を、アルミラミネート製の扁平型容器内に夫々収納し、EMI・BF4に電解質として2MのLiBF4を加え調製した非水電解質を注入し、上述した図3に示す構造を有する扁平捲回型非水電解質電池を組み立てた。
<Production of nonaqueous electrolyte battery>
The electrode group is housed in a flat container made of aluminum laminate, and a non-aqueous electrolyte prepared by adding 2M LiBF4 as an electrolyte is injected into EMI / BF4, and the flat wound type having the structure shown in FIG. A non-aqueous electrolyte battery was assembled.
セパレータの端部、内部、最外殻、湾曲部の空隙率、材料、端部幅Wa並びに電極群の最外殻を表2に示すように変更した以外は、実施例B1と同様に、実施例B2乃至21に示す円筒捲回型非水電解質電池を組み立てた。 The same as in Example B1 except that the separator end, inside, outermost shell, porosity of curved portion, material, end width Wa and outermost shell of the electrode group were changed as shown in Table 2. Cylindrical wound non-aqueous electrolyte batteries shown in Examples B2 to 21 were assembled.
なお、端部と内側で材料の異なるセパレータは、夫々の材料を接合し、作製した。 In addition, the separator which material differs in an edge part and an inner side joined and produced each material.
また、セパレータにおいて、電極群の湾曲部に位置する部位及び最外殻に位置する部位の空隙率は、適宜加熱し、調節した。 Moreover, in the separator, the porosity of the part located in the curved part of the electrode group and the part located in the outermost shell was appropriately heated and adjusted.
得られた実施例B1乃至21の非水電解質電池について、以下に示すように大電流特性及びサイクル特性を評価した。 The obtained non-aqueous electrolyte batteries of Examples B1 to B21 were evaluated for large current characteristics and cycle characteristics as described below.
<大電流特性評価>
非水電解質電池について、20℃環境下で0.2CmAで2.8Vまで定電流−定電圧充電を行ったのち、20℃で0.2CmAで放電を行った際の電池電圧が1Vに達した際の放電容量を100とした。その後、20℃環境下で0.2CmAで2.8Vまで定電流−定電圧充電を行ったのち、20℃で1CmAで放電を行った際の電池電圧が1Vに達した際の放電容量を測定した。その結果を表2に併記する。
<Evaluation of large current characteristics>
For a non-aqueous electrolyte battery, a constant current-constant voltage charge was performed up to 2.8 V at 0.2 CmA in an environment of 20 ° C., and then the battery voltage reached 1 V when discharged at 0.2 CmA at 20 ° C. The discharge capacity was 100. Then, after performing constant current-constant voltage charging at 0.2 CmA to 2.8 V in a 20 ° C. environment, the discharge capacity was measured when the battery voltage reached 1 V at 20 ° C. and discharging at 1 CmA. did. The results are also shown in Table 2.
<サイクル特性評価>
非水電解質電池について、20℃環境下で0.2CmAで2.8Vまで10時間充電した後、0.2CmAで1Vまで放電する充放電サイクルを施した。放電容量が1サイクル目の放電容量の80%に低下したときをサイクル寿命とした。その結果を下記表2に併記する。
<Cycle characteristic evaluation>
About the nonaqueous electrolyte battery, after charging for 10 hours to 2.8V at 0.2 CmA in a 20 degreeC environment, the charging / discharging cycle which discharges to 1V at 0.2 CmA was given. The cycle life was determined when the discharge capacity dropped to 80% of the discharge capacity at the first cycle. The results are also shown in Table 2 below.
表2に示すように、実施例B2乃至6は、実施例B1に比して、放電容量比及びサイクル寿命に優れる。従って、全幅に対する端部幅の割合は、0.1%以上40%以下であると大電流特性及びサイクル特性が向上することが解る。 As shown in Table 2, Examples B2 to B6 are superior in discharge capacity ratio and cycle life as compared to Example B1. Accordingly, it can be understood that the large current characteristic and the cycle characteristic are improved when the ratio of the end width to the total width is 0.1% or more and 40% or less.
また、実施例B9乃至13は、実施例B7乃至8に比して、放電容量比に優れる。従って、外側に位置する部位と内側に位置する部位の空隙率の差は5%以上であると大電流特性がさらに向上することが解る。 In addition, Examples B9 to B13 are superior in discharge capacity ratio compared to Examples B7 to B8. Therefore, it can be seen that the large current characteristic is further improved when the difference in porosity between the portion located outside and the portion located inside is 5% or more.
また、実施例B18乃至19は、実施例20乃至21に比して、放電容量比及びサイクル寿命に優れる。従って、外周端も低空隙率となるセパレータを用いると、大電流特性及びサイクル特性がさらに向上することが解る。 In addition, Examples B18 to B19 are superior in discharge capacity ratio and cycle life to Examples 20 to 21. Therefore, it can be seen that the use of a separator having a low porosity at the outer peripheral edge further improves the large current characteristics and cycle characteristics.
また、実施例B18は実施例B19に比して、実施例B20は実施例B21に比して、放電容量比に優れる。従って、湾曲部も低空隙率となるセパレータを用いると、大電流特性がさらに向上することが解る。 In addition, Example B18 is superior in discharge capacity ratio to Example B19, and Example B20 is superior to Example B21 in discharge capacity ratio. Therefore, it can be seen that the use of a separator having a low porosity also in the curved portion further improves the large current characteristics.
(試験C)
まず、以下に示す製造方法を用いて実施例C1に示す積層コイン型非水電解質電池を作製した。
(Test C)
First, the laminated coin type non-aqueous electrolyte battery shown in Example C1 was manufactured using the manufacturing method shown below.
<正極の作製>
正極活物質として二酸化マンガン、導電剤としてケッチェンブラック、結着剤としてポリテトラフルオロエチレンを用い、これらを重量比で100:3:5:2となるように均一に混合した後、加圧成形して厚さ5mm、直径16.0mmのペレット状正極合剤を作製した。
<Preparation of positive electrode>
Manganese dioxide as the positive electrode active material, Ketjen black as the conductive agent, polytetrafluoroethylene as the binder, and these are uniformly mixed so that the weight ratio is 100: 3: 5: 2, and then pressure molding Thus, a pellet-shaped positive electrode mixture having a thickness of 5 mm and a diameter of 16.0 mm was produced.
<負極の作製>
厚さ5mm、直径16.0mmに打ち抜き加工したリチウム金属を負極とした。
<Production of negative electrode>
Lithium metal punched into a thickness of 5 mm and a diameter of 16.0 mm was used as the negative electrode.
<セパレータの作製>
円形のPET不織布からなるセパレータを85℃で加熱し、端部径0.001mm、空隙率が40%の電極群の外側に位置する部位に囲まれた、内部径17.999mm、空隙率が95%の電極群の内側に位置する部位を備える直径18mm、厚さ50μmの図6に示すセパレータを作製した。
<Preparation of separator>
A separator made of a circular PET non-woven fabric is heated at 85 ° C., and is surrounded by a portion located outside the electrode group having an end diameter of 0.001 mm and a porosity of 40%, an inner diameter of 17.999 mm and a porosity of 95%. A separator shown in FIG. 6 having a diameter of 18 mm and a thickness of 50 μm including a portion located inside the electrode group was produced.
<非水電解質電池の作製>
正極合剤をステンレス鋼からなる正極缶に収納し、上記負極をステンレス鋼からなる負極缶に収納した後、正極合剤と負極の間にセパレータを配置し、EMI・BF4に電解質として2MのLiBF4を加え調製した非水電解質を注入し、1×10-3Torrの減圧状態で2時間放置し、絶縁ガスケットを介して正極缶及び負極缶をかしめ固定し、上述した図5に示す構造を有するコイン型非水電解液電池を組み立てた。
<Production of nonaqueous electrolyte battery>
The positive electrode mixture is housed in a positive electrode can made of stainless steel, the negative electrode is housed in a negative electrode can made of stainless steel, a separator is placed between the positive electrode mixture and the negative electrode, and 2M LiBF4 is used as an electrolyte in EMI · BF4. And injecting the prepared non-aqueous electrolyte, leaving it under a reduced pressure of 1 × 10 −3 Torr for 2 hours, and caulking and fixing the positive electrode can and the negative electrode can through an insulating gasket, thereby having the structure shown in FIG. A coin-type non-aqueous electrolyte battery was assembled.
セパレータの端部及び内部の空隙率及び材料、並びに端部幅を表3に示すように変更した以外は、実施例C1と同様に、実施例C2乃至16に示すコイン型非水電解液電池を組み立てた。 The coin-type nonaqueous electrolyte batteries shown in Examples C2 to C16 are the same as in Example C1, except that the porosity and material of the end and inside of the separator, and the end width are changed as shown in Table 3. Assembled.
なお、端部と内側で材料の異なるセパレータは、夫々の材料を接合し、作製した。 In addition, the separator which material differs in an edge part and an inner side joined and produced each material.
得られた実施例C1乃至16の非水電解質電池について、以下に示すように大電流特性及びサイクル特性を評価した。 The obtained non-aqueous electrolyte batteries of Examples C1 to 16 were evaluated for large current characteristics and cycle characteristics as described below.
<大電流特性評価>
非水電解質電池について、20℃環境下で0.2CmAで3.2Vまで定電流−定電圧充電を行ったのち、20℃で0.2CmAで放電を行った際の電池電圧が1Vに達した際の放電容量を100とした。その後、20℃環境下で0.2CmAで3.2Vまで定電流−定電圧充電を行ったのち、20℃で1CmAで放電を行った際の電池電圧が1Vに達した際の放電容量を測定した。その結果を表3に併記する。
<Evaluation of large current characteristics>
For a non-aqueous electrolyte battery, a constant current-constant voltage charge was performed up to 3.2 V at 0.2 CmA in an environment of 20 ° C., and then the battery voltage reached 1 V when discharged at 0.2 CmA at 20 ° C. The discharge capacity was 100. Then, after performing constant current-constant voltage charging up to 3.2V at 0.2CmA in a 20 ° C environment, the discharge capacity was measured when the battery voltage reached 1V when discharged at 1CmA at 20 ° C. did. The results are also shown in Table 3.
<サイクル特性評価>
非水電解質電池について、20℃環境下で0.2CmAで3.2Vまで10時間充電した後、0.2CmAで1Vまで放電する充放電サイクルを施した。放電容量が1サイクル目の放電容量の80%に低下したときをサイクル寿命とした。その結果を下記表3に併記する。
<Cycle characteristic evaluation>
About the nonaqueous electrolyte battery, after charging for 10 hours to 0.2V at 0.2 CmA in a 20 degreeC environment, the charging / discharging cycle which discharges to 1V at 0.2 CmA was given. The cycle life was determined when the discharge capacity dropped to 80% of the discharge capacity at the first cycle. The results are also shown in Table 3 below.
表3に示すように、実施例C2乃至6は、実施例C1に比して、放電容量比及びサイクル寿命に優れる。従って、全幅に対する端部幅の割合は、0.1%以上40%以下であると大電流特性及びサイクル特性がさらに向上することが解る。 As shown in Table 3, Examples C2 to C6 are superior in discharge capacity ratio and cycle life as compared to Example C1. Therefore, it can be seen that the large current characteristic and the cycle characteristic are further improved when the ratio of the end width to the total width is 0.1% or more and 40% or less.
また、実施例C9乃至13は、実施例C7乃至8に比して、放電容量比及びサイクル寿命にさらに優れる。従って、外側に位置する部位と内側に位置する部位の空隙率の差は5%以上であると大電流特性及びサイクル特性がさらに向上することが解る。 In addition, Examples C9 to C13 are more excellent in discharge capacity ratio and cycle life than Examples C7 to C8. Therefore, it is understood that the large current characteristic and the cycle characteristic are further improved when the difference in the porosity between the part located outside and the part located inside is 5% or more.
なお、1M/LのLiPF6をEC:MEC(体積比1:2)の溶媒に溶かした粘性の低い液状非水電解質を用い、試験A乃至Cと同様の試験を行った。端部幅及び空隙率差を違えた種種の比較例用い、同様の試験を行ったが、何れも同等の放電容量比及びサイクル寿命を示した。従って、本実施の形態は、常温溶融塩等の粘性の高い非水電解質に対し効果を発揮することが解る。 A test similar to tests A to C was performed using a low-viscosity liquid non-aqueous electrolyte in which 1 M / L LiPF6 was dissolved in a solvent of EC: MEC (volume ratio 1: 2). The same test was performed using various comparative examples with different edge widths and porosity differences, but all showed the same discharge capacity ratio and cycle life. Therefore, it turns out that this Embodiment exhibits an effect with respect to non-aqueous electrolytes with high viscosity, such as normal temperature molten salt.
(試験D)
PE、PP、PET及びセルロースの材料からなる、厚さ100μm、空隙率80%のセパレータを準備し、夫々のセパレータに0.5M−LiTFSI/EMI・TFSI中に浸漬させ、1×10-3Torrまで減圧し気泡がなくなるまで放置することにより、含浸させた。その後、セパレータをPt電極で挟み込み、さらに銀電極を挿入し直流四極式により導電率の測定を行った。夫々のセパレータ内における常温溶融塩の導電率の測定結果を表4に示す。
(Test D)
Prepare separators made of PE, PP, PET and cellulose materials with a thickness of 100 μm and a porosity of 80%. Each separator is immersed in 0.5M-LiTFSI / EMI / TFSI up to 1 × 10 −3 Torr It was impregnated by allowing to stand under reduced pressure until there were no bubbles. Thereafter, the separator was sandwiched between Pt electrodes, and a silver electrode was further inserted, and the conductivity was measured by a DC quadrupole system. Table 4 shows the measurement results of the conductivity of the room temperature molten salt in each separator.
表4に示すように、セパレータの材料により、常温溶融塩に対する濡れ性は異なり、これは、イオン移動抵抗、すなわち導電率の違いに表れる。セルロースに比して、PE及びPPは導電率が高く、PE及びPPに比して、PETは、導電性が高い。従って、PETは、常温溶融塩に対する濡れ性が高く、セパレータ内でのイオン移動抵抗を低減でき、大電流特性を向上できることが解る。 As shown in Table 4, the wettability with respect to the room temperature molten salt differs depending on the material of the separator, and this appears in the difference in ion transfer resistance, that is, conductivity. Compared to cellulose, PE and PP have higher conductivity, and PET has higher conductivity than PE and PP. Therefore, it can be seen that PET has high wettability with respect to room temperature molten salt, can reduce ion migration resistance in the separator, and can improve large current characteristics.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to these, In the category of the summary of the invention as described in a claim, it can change variously. In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.
11 容器
12 絶縁体
13 電極群
14 正極
15 セパレータ
15a 電極群の外側に位置する部位
15b 電極群の内側に位置する部位
16 負極
17 絶縁紙
18 絶縁封口板
19 正極端子
110 正極リード
21 容器
23 電極群
24 正極
25 セパレータ
25a 電極群の外側に位置する部位
25b 電極群の内側に位置する部位
26 負極
29 正極端子
210 負極端子
31 容器
32 絶縁ガスケット
34 正極
35 セパレータ
35a 電極群の外側に位置する部位
35b 電極群の内側に位置する部位
36 負極
39 正極リード
310 負極封口板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
この容器内に充填され、常温溶融塩を含む非水電解質と、
前記容器内に収納される正極と、
前記容器内に収納される負極と、
前記負極及び前記正極に挟まれる内側の部位と、前記内側の部位の外側に位置する外側の部位とを有するセパレータであって、前記セパレータは前記非水電解質が充填され、かつ前記外側の部位が前記内側の部位と比して低空隙率であることを特徴とする非水電解質電池。 A container,
A non-aqueous electrolyte filled in the container and containing a room temperature molten salt;
A positive electrode housed in the container;
A negative electrode housed in the container;
Wherein the negative electrode and the site of the inner wherein Ru sandwiched between a positive electrode, a separator and an outer portion located outside the region of the inner, the separator is the nonaqueous electrolyte is filled, and part of the outer Has a low porosity as compared with the inner portion.
前記外側の部位は、前記内側の部位を前記セパレータの短手方向に挟む端部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質電池。 The positive electrode, the negative electrode, and the separator form a wound electrode group,
The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the outer portion is formed at an end portion that sandwiches the inner portion in a short direction of the separator.
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