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非水電解質(zhì)二次電池用正極及使用其的非水電解質(zhì)二次電池的制作方法_5

文檔序號(hào):9383264閱讀:來(lái)源:國(guó)知局
、2gf/cm2條件下保持1小時(shí) 后,MD、TD均為10%以下。通過(guò)使用這樣的耐熱性高的材質(zhì),即使正極發(fā)熱量變高,電池內(nèi) 部溫度達(dá)到150°C,也能夠有效地防止隔膜的收縮。其結(jié)果,能夠防止引發(fā)電池的電極間短 路,因此,形成不易發(fā)生由于溫度上升而導(dǎo)致的性能下降的電池結(jié)構(gòu)。
[0108] [正極集電板及負(fù)極集電板]
[0109] 構(gòu)成集電板(25、27)的材料沒(méi)有特別限制,可以使用目前作為鋰離子二次電池用 的集電板使用的公知的高導(dǎo)電性材料。作為集電板的構(gòu)成材料,優(yōu)選例如鋁、銅、鈦、鎳、不 銹鋼(SUS)、它們的合金等金屬材料。從輕量、耐腐蝕性、高導(dǎo)電性的觀點(diǎn)出發(fā),更優(yōu)選為鋁、 銅,特別優(yōu)選為鋁。需要說(shuō)明的是,對(duì)于正極集電板27和負(fù)極集電板25,可以使用相同的材 料,也可以使用不同的材料。
[0110] [正極引線及負(fù)極引線]
[0111] 另外,雖然省略圖示,但可以介由正極引線、負(fù)極引線將集電體11和集電板(25、 27)之間電連接。作為正極引線及負(fù)極引線的構(gòu)成材料,可以同樣采用公知的鋰離子二次電 池中使用的材料。需要說(shuō)明的是,從外殼取出的部分優(yōu)選利用耐熱絕緣性的熱收縮管等覆 蓋,使得不會(huì)與外圍設(shè)備、布線等接觸而漏電或?qū)Ξa(chǎn)品(例如汽車(chē)部件、尤其電子設(shè)備等) 造成影響。
[0112] [電池外殼體]
[0113] 作為電池外殼體29,可以使用公知的金屬罐殼體,除此之外,可以使用能夠覆蓋發(fā) 電元件的、使用了含有鋁的層壓膜的袋狀的殼體。對(duì)于該層壓膜,例如可以使用依次層疊 PP、鋁、尼龍而形成的3層結(jié)構(gòu)的層壓膜等,但并不受其任何限制。從高功率化、冷卻性能優(yōu) 異、可適合用于EV、HEV用的大型設(shè)備用電池這樣的觀點(diǎn)出發(fā),理想的是層壓膜。另外,從能 夠容易調(diào)節(jié)從外部施加于發(fā)電元件的組壓力、容易調(diào)整為所期望的電解液層厚度的方面出 發(fā),外殼體更優(yōu)選為鋁酸鹽層壓體。
[0114] [電池單元尺寸]
[0115] 圖4為表示作為二次電池的代表性實(shí)施方式的扁平的鋰離子二次電池的外觀的 立體圖。像該鋰離子二次電池那樣,根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,提供具有前述發(fā)電元件被 封入到由層壓膜形成的電池外殼體中的結(jié)構(gòu)的扁平層疊型層壓電池,所述層壓膜包含鋁。
[0116] 如圖4所示,扁平的鋰離子二次電池50具有長(zhǎng)方形狀的扁平的形狀,從其兩側(cè)部 引出用于取出電力的正極片58、負(fù)極片59。發(fā)電元件57被鋰離子二次電池50的電池外殼 材料52包裹,其周?chē)粺崛劢樱l(fā)電元件57在將正極片58及負(fù)極片59引出至外部的狀態(tài) 下被密封。此處,發(fā)電元件57相當(dāng)于之前說(shuō)明的圖1所示的鋰離子二次電池10的發(fā)電元 件21。發(fā)電元件57是層疊多個(gè)由正極(正極活性物質(zhì)層)15、電解質(zhì)層17及負(fù)極(負(fù)極 活性物質(zhì)層)13構(gòu)成的單電池層(單電池單元)19而得到的。
[0117] 需要說(shuō)明的是,上述鋰離子二次電池并不限于層疊型的扁平的形狀。對(duì)于卷繞型 的鋰離子二次電池而言,可以為圓筒型形狀的電池,也可以為使這樣的圓筒型形狀的電池 變形而制成長(zhǎng)方形狀的扁平的形狀那樣的電池等,沒(méi)有特別限制。對(duì)于上述圓筒型的形狀 的電池而言,其外殼材料可以使用層壓膜,也可以使用現(xiàn)有的圓筒罐(金屬罐)等,沒(méi)有特 別限制。優(yōu)選的是,發(fā)電元件用鋁層壓膜進(jìn)行外飾。通過(guò)該形態(tài),能夠達(dá)成輕量化。
[0118] 另外,關(guān)于圖4所示的片58、59的取出,也沒(méi)有特別限制??梢詮南嗤呉稣龢O 片58和負(fù)極片59,也可以將正極片58和負(fù)極片59分別分成多個(gè)而從各邊取出等,并不限 于圖4所示的情況。另外,對(duì)于卷繞型的鋰離子電池而言,例如可以利用圓筒罐(金屬罐) 來(lái)代替片而形成端子。
[0119] 通常的電動(dòng)汽車(chē)中,電池儲(chǔ)存空間為170L左右。由于在該空間儲(chǔ)存電池單元及充 放電控制設(shè)備等輔機(jī),所以通常電池單元的儲(chǔ)存空間效率為50%左右。電池單元向該空間 的裝載效率成為支配電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航距離的因素。若單電池單元的尺寸變小,則損害上述 裝載效率,因此變得無(wú)法確保續(xù)航距離。
[0120] 因此,本發(fā)明中,用外殼體覆蓋發(fā)電元件而成的電池結(jié)構(gòu)體優(yōu)選為大型。具體而 言,層壓電池單元電池的短邊的長(zhǎng)度優(yōu)選為IOOmm以上。這樣的大型的電池可以用于車(chē)輛 用途。此處,層壓電池單元電池的短邊的長(zhǎng)度是指長(zhǎng)度最短的邊。短邊的長(zhǎng)度的上限沒(méi)有 特別限定,通常為400mm以下。
[0121] [體積能量密度及額定放電容量]
[0122] 對(duì)于通常的電動(dòng)汽車(chē)而言,市場(chǎng)要求通過(guò)一次的充電得到的行進(jìn)距離(續(xù)航距 離)為100km。若考慮這樣的續(xù)航距離,則電池的體積能量密度優(yōu)選為157Wh/L以上,并且 額定容量?jī)?yōu)選為20Wh以上。
[0123] 此處,作為與電極的物理尺寸的觀點(diǎn)不同的大型化電池的觀點(diǎn),使用本方式的正 極的非水電解質(zhì)二次電池中,從電池面積、電池容量的關(guān)系規(guī)定電池的大型化。具體而言, 本方式的非水電解質(zhì)二次電池為扁平層疊型層壓電池,電池面積(包含電池外殼體的電池 的投影面積)相對(duì)于額定容量的比值為5cm 2/Ah以上,且額定容量為3Ah以上。只有如此 制成大面積且大容量的電池,才會(huì)出現(xiàn)上述那樣的由伴隨電極面內(nèi)電壓偏差的局部過(guò)充電 模式的產(chǎn)生而引起的循環(huán)特性的下降。另一方面,現(xiàn)有的民用型電池那樣的并非如上所述 大面積且大容量的電池中,電極面內(nèi)的電壓的偏差不明顯,因此,也不會(huì)出現(xiàn)由局部的過(guò)充 電模式的產(chǎn)生而導(dǎo)致的循環(huán)特性的下降(參照后述的比較例5)。
[0124] 進(jìn)而,矩形狀的電極的長(zhǎng)寬比優(yōu)選為1~3,更優(yōu)選為1~2。需要說(shuō)明的是,電極 的長(zhǎng)寬比作為矩形狀的正極活性物質(zhì)層的縱橫比而被定義。通過(guò)使長(zhǎng)寬比為這樣的范圍, 存在能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛要求性能和搭載空間這樣的優(yōu)點(diǎn)。
[0125] [電池組]
[0126] 電池組是連接多個(gè)電池而構(gòu)成的。詳細(xì)而言,使用至少2個(gè)以上、通過(guò)串聯(lián)化或并 聯(lián)化或這兩者而構(gòu)成。通過(guò)進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)化,能夠自由調(diào)節(jié)容量及電壓。
[0127] 也可以形成電池串聯(lián)或并聯(lián)地連接多個(gè)且可裝配拆卸的小型的電池組。而且,將 該可裝配拆卸的小型的電池組進(jìn)一步串聯(lián)或并聯(lián)地連接多個(gè),也可以形成適合于要求高體 積能量密度、高體積功率密度的車(chē)輛驅(qū)動(dòng)用電源、輔助電源的、具有大容量、大功率的電池 組。關(guān)于要連接幾個(gè)電池制作電池組、或另外層疊幾段小型電池組制作大容量的電池組,可 以根據(jù)搭載的車(chē)輛(電動(dòng)汽車(chē))的電池容量、功率來(lái)確定。
[0128] [車(chē)輛]
[0129] 本發(fā)明的非水電解質(zhì)二次電池即使長(zhǎng)期使用也能維持放電容量,循環(huán)特性良好。 并且,體積能量密度高。在電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池車(chē)、混合動(dòng)力燃料電池 汽車(chē)等車(chē)輛用途中,與電氣/移動(dòng)電子設(shè)備用途比較,要求高容量、大型化,同時(shí)需要長(zhǎng)壽 命化。因此,上述非水電解質(zhì)二次電池作為車(chē)輛用的電源,例如可以適合用于車(chē)輛驅(qū)動(dòng)用電 源、輔助電源。
[0130] 具體而言,可以將電池或組合多個(gè)電池而形成的電池組搭載于車(chē)輛。本發(fā)明中,由 于能夠構(gòu)成長(zhǎng)期可靠性及功率特性優(yōu)異的高壽命的電池,因此,若搭載這樣的電池,則能夠 構(gòu)成EV行進(jìn)距離長(zhǎng)的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、一次充電行進(jìn)距離長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē)。這是因 為,通過(guò)將電池或組合多個(gè)電池而形成的電池組用于例如汽車(chē)中的混合動(dòng)力車(chē)、燃料電池 車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)(均包括四輪車(chē)(轎車(chē)、卡車(chē)、公共汽車(chē)等商用車(chē)、小型汽車(chē)等)、以及二輪車(chē) (摩托車(chē))、三輪車(chē)),形成高壽命且可靠性高的汽車(chē)。但是,用途并不限定于汽車(chē),例如也可 以適用于其他車(chē)輛、例如電車(chē)等移動(dòng)體的各種電源,也可以作為無(wú)停電電源裝置等載置用 電源利用。
[0131] 實(shí)施例
[0132] 以下,使用實(shí)施例及比較例更詳細(xì)地說(shuō)明,但本發(fā)明并不僅限于以下的實(shí)施例。
[0133] (1)鋰鎳系復(fù)合氧化物的制備
[0134] 在60°C下,向溶解有硫酸鎳、硫酸鈷、及硫酸錳的水溶液(lmol/L)中連續(xù)地供給 氫氧化鈉及氨,將pH調(diào)節(jié)為11. 3,利用共沉淀法制作鎳和猛和鈷以50 :30 :20的摩爾比固 溶而形成的金屬?gòu)?fù)合氫氧化物。
[0135] 以Li以外的金屬(Ni、Co、Mn)的總摩爾數(shù)與Li的摩爾數(shù)之比為1 :1的方式稱(chēng)量 該金屬?gòu)?fù)合氫氧化物和碳酸鋰,然后充分混合,以升溫速度5°C /min進(jìn)行升溫,在空氣氣氛 中、900°C下焙燒2小時(shí),然后以升溫速度3°C /min進(jìn)行升溫,在920°C下正式焙燒10小時(shí), 冷卻至室溫,得到作為正極活性物質(zhì)的NMC復(fù)合氧化物(LiNia5tJMn a3tJCoa2(JO2)。需要說(shuō)明的 是,所得到的NMC復(fù)合氧化物的平均二次粒徑(D50 (A))為10 μ m。
[0136] (2)尖晶石系鋰錳復(fù)合氧化物的準(zhǔn)備
[0137] 作為其他正極活性物質(zhì),準(zhǔn)備尖晶石系鋰錳復(fù)合氧化物(LiMn2O4) 13此處,如下準(zhǔn) 備平均二次粒徑(D50 (B))不同的3種尖晶石系鋰錳復(fù)合氧化物。
[0138] LiMn2O4(I) :D50 (B) = 10 μ m、D50 (A)/D50 (B) = 1
[0139] LiMn2O4 (2) :D50(B) = 15 μ D50 (A)/D50 (B) =0.66
[0140] LiMn2O4 (3) :D50(B) = 5 μ D50 (A)/D50 (B) =2
[0141] (3)正極的制作
[0142] 將上述⑴中制備的NMC復(fù)合氧化物及⑵中準(zhǔn)備的任意種尖晶石系鋰錳復(fù)合氧 化物合計(jì)90重量%、以及作為導(dǎo)電助劑的炭黑(Super-P、3M公司制造)5重量%、作為粘結(jié) 劑的聚偏二氟乙烯(PVDF) (KUREHAC0RP0RATI0N制造、#7200)5重量%、及作為漿料粘度調(diào) 節(jié)溶劑的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)適量混合,制備正極活性物質(zhì)漿料,將得到的正極活 性物質(zhì)漿料涂布于作為集電體的鋁箱(厚度:20 μπι)的表面,在120°C下干燥3分鐘后,用 輥壓機(jī)壓縮成形,制作平面形狀為矩形的正極活性物質(zhì)層。在背面也同樣地形成正極活性 物質(zhì)層,制作在正極集電體(鋁箱)的兩面形成有正極活性物質(zhì)層的正極。需要說(shuō)明的是, 正極活性物質(zhì)層的單面涂覆量為14mg/cm 2 (不包含箱)。如此,如下述表1所示,制作16種 正極活性物質(zhì)的組成不同的正極(數(shù)字為重量%)。
[0143] [表 1]
[0144]
[0145] 需要說(shuō)明的是,關(guān)于各正極的尺寸,為下述表2中記載的□ 1~□ 3中的任意者。 此處,表2中記載的Ll及L2為正極活性物質(zhì)層的平面矩形形狀的縱及橫的長(zhǎng)度(LI < L2), D為正極活性物質(zhì)層的面積。
[0146] [表 2]
[0147]
[0148] (4)負(fù)極的制作
[
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