非水电解质二次电池用正极以及使用了该正极的非水电解质二次电池的制作方法_4

文档序号:9816545阅读:来源:国知局
运样的化合物的具体例,例如可W举出碳酸 亚乙締醋、碳酸甲基亚乙締醋、碳酸二甲基亚乙締醋、碳酸苯基亚乙締醋、碳酸二苯基亚乙 締醋、碳酸乙基亚乙締醋、碳酸二乙基亚乙締醋、碳酸乙締基亚乙醋、碳酸1,2-二乙締基亚 乙醋、碳酸1-甲基-1-乙締基亚乙醋、碳酸1-甲基-2-乙締基亚乙醋、碳酸1-乙基-1-乙締基 亚乙醋、碳酸1-乙基-2-乙締基亚乙醋、碳酸乙締基亚乙締醋、碳酸締丙基亚乙醋、碳酸乙締 氧基甲基亚乙醋、碳酸締丙氧基甲基亚乙醋、碳酸丙締酷氧基甲基亚乙醋、碳酸甲基丙締酷 氧基甲基亚乙醋、碳酸乙烘基亚乙醋、碳酸烘丙基亚乙醋、碳酸乙烘氧基甲基亚乙醋、碳酸 烘丙氧基亚乙醋、碳酸亚甲基亚乙醋、碳酸1,1-二甲基-2-亚甲基亚乙醋等。其中,优选碳酸 亚乙締醋、碳酸甲基亚乙締醋、碳酸乙締基亚乙醋,更优选碳酸亚乙締醋、碳酸乙締基亚乙 醋。运些环式碳酸醋可W仅单独使用1种,也可W组合使用两种W上。
[0095] 凝胶聚合物电解质具有在含有离子传导性聚合物的基质聚合物(主聚合物)中注 入上述液体电解质而形成的结构。通过使用凝胶聚合物电解质作为电解质,电解质不再有 流动性,在能够容易地遮断各层间的离子传导性方面是优异的。作为用作基质聚合物(主聚 合物)的离子传导性聚合物,例如可W举出聚环氧乙烧(PE0)、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙二醇 (PEG)、聚丙締腊(PAN)、聚偏二氣乙締-六氣丙締(PVdF-HEP)、聚(甲基丙締酸甲醋(PMMA)及 它们的共聚物等。
[0096] 凝胶电解质的基质聚合物通过形成交联结构,可W显现优异的机械强度。为了形 成交联结构,可W使用适当的聚合引发剂,对高分子电解质形成用聚合性聚合物(例如PE0、 PP0)实施热聚合、紫外线聚合、福射线聚合、电子束聚合等聚合处理。
[0097] 另外,作为隔膜,优选在多孔基体上叠层耐热绝缘层而得到的隔膜(带有耐热绝缘 层的隔膜)。耐热绝缘层为含有无机粒子及粘合剂的陶瓷层。带有耐热绝缘层的隔膜使用烙 点或热软化点为150°C W上、优选为200°C W上的耐热性高的隔膜。通过具有耐热绝缘层,随 溫度上升时而增大的隔膜内部应力得W缓和,因此可W获得热收缩抑制效果。其结果,可W 防止引起电池的电极间短路,因此该电池结构不易发生由于溫度上升导致的性能下降。另 夕h通过具有耐热绝缘层,带有耐热绝缘层的隔膜的机械强度提高,不易发生隔膜破裂。另 夕h由于热收缩抑制效果及机械强度高,因此在电池制造工序中隔膜不易弯曲。
[0098] 耐热绝缘层中的无机粒子有助于耐热绝缘层的机械强度和热收缩抑制效果。作为 无机粒子使用的材料没有特别限制。例如可W举出娃、侣、错、铁的氧化物(Si〇2、Al2〇3、 Zr〇2、Ti化)、氨氧化物及氮化物、W及它们的复合体。运些无机粒子可W为勃姆石、沸石、憐 灰石、高岭±、多侣红柱石、尖晶石、橄揽石、云母等矿物资源来源的粒子,也可W为人工制 造的粒子。另外,运些无机粒子可W仅单独使用1种,也可W组合使用两种W上。其中,从成 本的观点来看,优选使用二氧化娃(Si〇2)或氧化侣(A12化),更优选使用氧化侣(Al2〇3)。
[0099] 单位面积的耐热绝缘层中耐热性粒子的重量没有特别限定,优选为5~15g/m2。如 果为该范围,则可W得到充分的离子传导性,另外,在维持耐热强度的方面优选。
[0100] 耐热绝缘层中的粘合剂具有将无机粒子彼此粘接、W及将无机粒子和树脂多孔基 体层粘接的作用。利用该粘合剂可W稳定地形成耐热绝缘层,并且可W防止多孔基体层及 耐热绝缘层之间的剥离。
[0101] 耐热绝缘层中使用的粘合剂没有特别限制,例如可W使用簇甲基纤维素(CMC)、聚 丙締腊、纤维素、乙締-乙酸乙締醋共聚物、聚氯乙締、苯乙締-下二締橡胶(SBR)、异戊二締 橡胶、T二締橡胶、聚偏二氣乙締(PVDF)、聚四氣乙締(PTFE)、聚氣乙締(PVF)、丙締酸甲醋 等化合物作为粘合剂。其中,优选使用簇甲基纤维素(CMC)、丙締酸甲醋、或聚偏二氣乙締 (PVD巧。运些化合物可W仅单独使用1种,也可W组合使用两种W上。
[0102] 耐热绝缘层中粘合剂的含量相对于耐热绝缘层100重量%优选为2~20重量%。若 粘合剂的含量为2重量%^上,则可W提高耐热绝缘层和多孔基体层之间的剥离强度,可W 提高隔膜的耐振动性。另一方面,若粘合剂的含量为20重量%^下,则无机粒子的间隙被适 度保持,因此,可W确保充分的裡离子传导性。
[0103] 对于带有耐热绝缘层的隔膜的热收缩率,优选在150°c、2奸/cm2条件下保持1小时 后,MD、TD均为10% W下。通过使用运样的耐热性高的材质,即使正极发热量变高,电池内部 溫度达到150°C,也可W有效地防止隔膜的收缩。其结果,可W防止引发电池的电极间短路, 因此,形成不易因溫度上升而导致性能下降的电池结构。
[0104] [正极集电板及负极集电板]
[0105] 构成集电板(25、27)的材料没有特别限制,可W使用目前作为裡离子二次电池用 集电板中所使用的公知的高导电性材料。作为集电板的构成材料,优选例如侣、铜、铁、儀、 不诱钢(SUS)、它们的合金等金属材料。从轻量、耐腐蚀性、高导电性的观点来看,更优选为 侣、铜,特别优选为侣。需要说明的是,对于正极集电板27和负极集电板25,可W使用相同的 材料,也可W使用不同的材料。
[0106] [正极引线及负极引线]
[0107] 另外,虽然省略图示,但可W通过正极引线和负极引线将集电体11和集电板(25、 27)之间电连接。作为正极引线及负极引线的构成材料,可W同样采用公知的裡离子二次电 池中所使用的材料。需要说明的是,从外壳伸出的部分优选利用耐热绝缘性的热收缩管等 包覆,使其不会与周边设备、布线等接触而漏电或对产品(例如汽车部件、尤其电子设备等) 造成影响。
[010引[电池外装体]
[0109] 作为电池外装体29,可W使用公知的金属罐壳体,,还可W使用能够包覆发电要素 的、使用了含有侣的层压膜的袋状壳体。对于该层压膜,例如可W使用依次叠层PP、侣、尼龙 而形成的3层结构的层压膜等,但并不受其任何限制。从高功率化、冷却性能优异、可适合用 于EV、肥V用的大型设备用电池运样的观点来看,理想的是层压膜。另外,从可W容易调节从 外部施加于发电要素的群压、容易调整为所期望的电解液层厚度的方面来看,外壳体更优 选为侣酸盐层压体。
[0110] [电池尺寸]
[0111] 图2是表示作为二次电池的代表性实施方式的扁平裡离子二次电池的外观的立体 图。如该裡离子二次电池,根据本发明中的优选的实施方式,提供扁平叠层型层压电池,其 具有如下结构:在由含有侣的层压膜构成的电池外装体中封入上述发电要素。
[0112] 如图2所示,扁平裡离子二次电池50具有长方形状的扁平的形状,从其两侧部伸出 用于导出电力的正极极耳58、负极极耳59。发电要素57被裡离子二次电池50的电池外壳材 料52包裹,其周围被热烙接,发电要素57在正极极耳58及负极极耳59伸出至外部的状态下 被密封。在此,发电要素57相当于之前说明的图1所示的裡离子二次电池10的发电要素21。 发电要素57是叠层多个由正极(正极活性物质层)15、电解质层17及负极(负极活性物质层) 13构成的单电池层(单电池)19而得到的。
[0113] 需要说明的是,上述裡离子二次电池并不限于叠层型的扁平形状。对于卷绕型的 裡离子二次电池而言,可W是圆筒型形状的电池,也可W是使运样的圆筒型形状的电池变 形而制成长方形的扁平形状的电池等,没有特别限制。对于上述圆筒型的形状的电池而言, 其外壳材料可W使用层压膜,也可W使用现有的圆筒罐(金属罐)等,没有特别限制。优选的 是,发电要素用侣层压膜进行外装。通过该形态,可W达成轻量化。
[0114] 另外,关于图2所示的片58、59的伸出,也没有特别限制。可W从同一边伸出正极极 耳58和负极极耳59,也可W将正极极耳58和负极极耳59分别分成多个而从各边伸出等,并 不限于图6所示的情况。另外,对于卷绕型的裡离子电池而言,例如可W利用圆筒罐(金属 罐)形成端子来代替极耳。
[0115] 通常的电动汽车中,电池存储空间为17化左右。为了在该空间存储电池单元及充 放电控制设备等辅助设备,通常电池单元的存储空间效率变为50%左右。电池单元在该空 间的堆叠效率成为支配电动汽车的续航距离的因素。若单电池单元的尺寸变小,则上述堆 叠效率受损,因此,不能确保续航距离。
[0116] 因此,本发明中,用外壳体包覆发电要素而成的电池结构体优选为大型。具体而 言,层压单元电池的短边的长度优选为IOOmmW上。运样的大型的电池可W用于车辆用途。 在此,层压单元电池的短边的长度是指长度最短的边。短边的长度的上限没有特别限定,通 常为400mmW下。
[0117] [体积能量密度及额定放电容量]
[0118] 对于通常的电动汽车而言,市场要求通过一次的充电得到的行驶距离(续航距离) 为100km。若考虑运样的续航距离,则电池的体积能量密度优选为157Wh/LW上,并且额定容 量优选为20WhW上。
[0119] 在此,与电极的物理大小的观点不同,作为大型化电池的观点,在使用本实施方式 的正极的非水电解质二次电池中,电池的大型化根据电池面积和电池容量的关系来定义。 具体而言,本方式的非水电解质二次电池优选扁平叠层型层压电池,电池面积(包含电池外 装体在内的电池的投影面积)相对于额定容量的比的值为ScmVAhW上,且额定容量为3Ah W上。当采用运样的大面积且大容量的电池时,上述电池达到过充电状态时,电池的溫度上 升问题更加显著。另一方面,在现有的民用电池那样的、并非上述那样大面积且大容量的电 池中,即使假设电池达到过充电状态的情况下,电池的溫度上升的问题也不会那么严重。
[0120] 另外,矩形状的电极的长宽比优选为1~3,更优选为1~2。需要说明的是,电极的 长宽比定义为矩形状的正极活性物质层的纵横比。通过将长宽比设为运种范围,具有可W 兼具车辆要求性能和搭载空间运样的优点。
[0121] [电池组]
[0122] 电池组是连接多个电池而构成的。详细而言,使用至少2个W上、通过串联或并联 或运两者来构成。通过进行串联、并联,可W自由调节容量及电压。
[0123] 也可W形成串联或并联地连接多个电池且可装配拆卸的小型电池组。而且,进一 步多个该可装配拆卸的小型电池组进行串联或并联连接,可W形成适合于要求高体积能量 密度、高体积功率密度的车辆驱动用电源和辅助电源并且具
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