电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及电力系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及一种电 力系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，具有多种类型的便携式电子装置，并且其尺寸和重量减小。为了使便携式 电子装置更小并且更轻，用作便携式电子装置的电源的电池也需要更小，并且需要有效地 使用在便携式电子装置内的容纳空间。
[0003] 众所周知，锂离子二次电池具有高能量密度，从而最适合于满足这种要求。例如， 具有层压薄膜作为其外部元件的锂离子二次电池商业化，这是因为这种电池制造为具有轻 重量、高能量密度以及非常薄的形状。
[0004] 具有层压薄膜作为其外部元件的锂离子二次电池称为聚合物电池，其中，基体树 脂和保持在其内的电解溶液用于形成电解质，以便电池具有防止液体泄漏。在铝层压薄膜 用作其外部元件时，这种聚合物电池具有明显提高的形状自由度。然而，在由于误用造成给 其施加高强度时，这种聚合物电池可以具有不充分的强度并且容易变形。
[0005] 在这种情况下，如果电池覆盖有牢固的外部包装，那么没有问题。最近需要高容 量，然而，使用简单的外部包装，在大幅变形时，这可容易在电池内造成短路，从而在某些情 况下，电池可能停用。为了解决这种问题，提出了一种电池，其电极表面涂有陶瓷材料(见专 利文档1)。还提出了一种具有包含分散的陶瓷粉末的非水电解质的电池(见专利文档2)。
[0006] 引用列表
[0007] 专利文档
[0008] 专利文档1:日本专利申请公开号10-214640 [0009] 专利文档2:日本专利申请公开号2010-198757
【发明内容】
[0010] 技术问题
[0011]在温度升高的情况下，需要防止电池具有退化的特性并且需要提高散热。
[0012] 因此，本技术的目标在于，提供电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电力储 存装置以及电力系统，其抵抗电池特性退化，提高内部热生成的散热，从而提高安全性。
[0013] 技术解决方案
[0014] 为了解决上述问题，本技术涉及一种电池，包含：电极，包含正电极和负电极；以及 包含颗粒的绝缘部，布置于所述正电极与所述负电极之间并且包含颗粒和树脂，其中，所述 颗粒是发生吸热脱水反应的材料并且具有纵横比是2/1以上的扁平形状。
[0015] 本技术还涉及电解质，包含颗粒、电解溶液以及树脂，其中，所述颗粒是发生吸热 脱水反应的材料并且具有纵横比是2/1以上的扁平形状。
[0016]本技术还涉及电池、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及电力系统，所有这些 均包含上述电池。
[0017]技术效果
[0018] 本技术可以防止电池特性退化，提高内部热生成的散热，从而提高安全性。
【附图说明】
[0019] 图1是示出本技术的非水电解质的实例的示意性剖视图。
[0020] 图2是示出本技术的非水电解质二次电池的实例的分解透视图。
[0021] 图3是示出沿着在图2中显示的缠绕的电极组件的线路I-I的剖视图。
[0022] 图4是示出具有电极层压板的层压薄膜型非水电解质电池的结构的分解透视图。
[0023] 图5是示出包含层压薄膜型非水电解质电池的电池组的结构的分解透视图。
[0024]图6是示出在图5中显示的电池组中的电池单元的结构的分解透视图。
[0025]图7是示出在图5中显示的电池组中的电池单元的结构的发展图。
[0026] 图8是示出在图5中显示的电池组中的电池单元的结构的剖视图。
[0027] 图9是示出简单电池组的结构的实例的分解透视图。
[0028] 图IOA是示出简单电池组的外观的示意性透视图。图IOB是示出简单电池组的另一 个外观的示意性透视图。
[0029]图11是示出根据本技术的一个实施方式的电池组的电路配置的实例的方框图。
[0030] 图12是示出将本技术的非水电解质电池用于房屋的电力储存系统中的一个实例 的示意图。
[0031] 图13是示意性示出使用应用本技术的串联式混合系统的混合动力车辆的配置的 一个实例的不意图。
[0032]图14A是实例1的非水电解质的横截面的SEM照片。图14B是比较实例2的非水电解 质的横截面的SEM照片。
[0033]图15A是通过放大的方式示出图14A的区域的部分的SEM照片。图15B是通过放大的 方式示出图14B的区域的部分的SEM照片。
[0034]图16是示出样本1到3的X射线衍射模式的图。
[0035] 图17是示出用于其他实施方式中的隔板的结构的实例的示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0036] 在后文中，参照附图，描述本技术的实施方式。按照以下顺序提供描述。
[0037] 1、第一实施方式(非水电解质的实例）
[0038] 2、第二实施方式（电池的第一和第二实例）
[0039] 3、第三实施方式（电池组的第一和第二实例）
[0040] 4、第四实施方式(电池组的实例）
[0041] 5、第五实施方式(电力储存系统等的实例）
[0042] 6、其他实施方式(变形例）
[0043]要理解的是，下面描述的实施方式和方面是本技术的仅仅优选实例，并非旨在限 制本技术的概念。在本文中描述的有益效果仅仅通过说明的方式，不应理解为限制效应或 者否认除了所显示的效果以外的其他效果。
[0044] 〈1、第一实施方式〉
[0045][非水电解质的特性的实例]
[0046]提供根据本技术的第一实施方式的非水电解质（电解质）的特性的实例的描述。图 1是示出本技术的非水电解质的实例的特性的示意性剖视图。图1也示出了包含非水电解质 的电池的示意性结构的实例。
[0047]图1的电池包含正电极33、负电极34、隔板35以及非水电解质36。正电极33包含正 电极集电器33A和形成在正电极集电器33A的两个表面上的正电极活性材料层33B。负电极 34包含负电极集电器34A和形成在负电极集电器34A的两个表面上的负电极活性材料层 34B。隔板35布置于正电极33和负电极34之间，以使正电极33和负电极34彼此分离。例如，设 置非水电解质36,以分别与正电极33和负电极34接触。可替换地，虽然未显示，但是可省略 在图1中的正电极33的两侧上设置的非水电解质36,并且可设置非水电解质36以仅仅与负 电极34接触。可替换地，在图1中，可省略在负电极34的两侧上设置的非水电解质36,并且可 设置非水电解质36以仅仅与正电极33接触。
[0048](非水电解质）
[0049] 非水电解质36包含非水溶剂、电解质盐、树脂(基体树脂）以及填料38。在非水电解 质36中，例如，在基体树脂内渗透和保持电解溶液(非水溶剂和电解质盐）。例如，非水电解 质36是包含填料38的离子导电胶，其中，电解溶液促使基体树脂膨胀并且形成凝胶。非水电 解质36也是包含填料38和树脂的颗粒包含绝缘部(包含颗粒的绝缘层)并且布置于正电极 33和负电极34之间，以与隔板35-起使正电极33和负电极34彼此隔呙。从结构中省略隔板 35。在这种情况下，布置于正电极33和负电极34之间的非水电解质36用作包含颗粒的绝缘 部，以单独将正电极33和负电极34彼此绝缘。
[0050] (非水溶剂）
[0051] 非水溶剂可以是各种高电容率或低粘度溶剂中的任何一个。高电容率溶剂的优选 实例包含但不限于碳酸亚乙酯和碳酸丙烯酯。高电容率溶剂的实例还包含亚丁酯，碳酸亚 乙稀酯、4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮(氟代碳酸乙稀酯）、4_氯-1,3-二氧戊环-2-酮(氯代碳酸 乙烯酯）、三氟甲基乙烯碳酸酯以及其他环状碳酸酯。内酯（例如，γ-丁内酯、γ-戊内酯）、 内酰胺(例如，N-甲基吡咯烷酮）、环状碳酸酯(例如，N-甲基恶唑烷酮）、或砜化合物(例如， 环丁砜)也可以用作高电容率溶剂，代替环状碳酸酯或者与环状碳酸酯相结合。
[0052]低粘度溶剂的实例包含链式碳酸酯（例如，碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯 以及碳酸甲丙酯）；链式羧酸盐(例如，乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯，丁酸甲酯、 异丁酸甲酯、甲基三甲基以及乙基三甲基）；链式酰胺(例如，Ν，Ν-二甲基乙酰胺）；链式氨基 甲酸酯(例如，甲基Ν，Ν-二乙基和乙基Ν，Ν-二乙基）；以及醚类(例如，1，2_二甲氧基乙烷、四 氢呋喃、四氢吡喃、1，3-二氧戊环）。这些高电容率溶剂和低粘度溶剂可单独使用，或者可使 用其中的两个或更多个的任何混合物。
[0053]基于电解溶液的质量，非水溶剂的含量优选地从70%质量百分比到98%质量百分 比。如果含量小于70%质量百分比，那么粘度可过度增大。如果含量大于98%质量百分比， 那么不能获得充足水平的导电率。
[0054](电解质盐）
[0055] 电解质盐可以是能够在非水溶剂中溶解或分散以形成离子的任何类型。六氟磷酸 锂(LiPF6)优选地用作电解质盐。要理解的是，这是一个非限制性实例。还可使用的实例包 含无机锂盐，例如，四氟硼酸锂(LiBF 4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、高氯酸 锂(LiClO 4)以及四氯铝酸锂(LiAlCl4);以及全氟烷基磺酸衍生物的锂盐，例如，三氟甲基磺 酸锂(LiCF 3SO3)、双-(三氟甲基磺酸）酰亚胺锂(LiN(CF3SO2) 2)、双-(五氟甲基磺酸）甲基锂 (LiC(C2F5SO2) 2)以及三-(三氟甲基磺酸）甲基锂(LiC(CF3SO2)3)。这些盐可单独使用，或者 可使用其中的两个或更多个的任何混合物。基于电解溶液的质量，电解质盐的含量优选地 从10%质量百分比到30%质量百分比。如果含量小于10%质量百分比，那么不能获得充足 水平的导电率。如果含量大于30%质量百分比，那么粘度可过度增大。
[0056] (基体树脂）
[0057]只要电解溶液(非水溶剂和电解质盐)和填料38可以渗透并且保持在其内，基体树 脂就可以是任何类型。构成基体树脂的材料的优选实例包含聚合物，具体而言，包含均聚 物、共聚物以及包含偏二氟乙烯、六氟丙烯、聚四氟乙烯等的多组分共聚物。具体实例包含 聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)以及聚偏二氟乙烯-六氟 丙烯-氯三氟乙烯共聚物(PVDF-HEP-CTFE)。在浸渍或者允许保持非水溶剂和电解质盐时， 可以允许一些基体树脂膨胀并且转变成凝胶或非流体状态。这可以抑制从电池中泄露非水 电解质36。
[0058] 基于非水电解质36的质量，基体树脂的含量优选地从2%质量百分比到15 %质量 百分比。如果基体树脂含量小于2%质量百分比，那么非水电解质不能形成凝胶。如果基体 树脂含量大于15%质量百分比，那么可对电池特性具有影响，例如，减小能量密度。
[0059] (填料）
[0060] 填料38是能够发生吸热脱水反应以形成水的材料(能够发生脱水反应的材料），并 且具有纵横比是2/1以上的扁平形状的颗粒(例如，无机颗粒)可用作填料38。通过发生吸热 脱水反应，以在温度增大时，吸收热量，发生吸热脱水反应以形成水的材料用于抑制温度增 大。具有纵横比是2/1以上的扁平形状的颗粒可以在电池中稳定，对电池反应没有副作用， 并且具有高等级的电气绝缘性能和导热性。
[0061] 术语"具有纵横比是2/1以上的扁平形状的颗粒"表示具有其长边与其短边的比率 (长边/短边)是2/1以上的扁平形状的颗粒。例如，从使用扫瞄式电子显微镜(SEM)拍摄的颗 粒的放大照片中可以确定该值。实际上，纵横比优选地从2/1到400/1。
[0062] 例如，通常可以如下所述确定纵横比。随机选择在非水电解质36内的预定数量的 颗粒(初级颗粒），然后，均通过扫瞄式电子显微镜三维扫描。在该过程中，从扁平形状的短 边(在厚度方向的最短部分的长度)和与厚度方向垂直的区域(表面）的最长部分(长边）的 长度中确定每个颗粒的纵横比（长边/短边）。计算所产生的比率的平均值，作为纵横比。
[0063] 吸热脱水反应优选地发生在160°C或者更高、更优选地160°C到900°C、即使更优选 地400°C到900°C的温度下。如果吸热脱水反应发生在低于160°C的温度下，那么所产生的水 可不稳定，并且与电解质反应，以影响电池特性。如果吸热脱水反应发生在高于900°C的温 度下，那么在电池操作期间，往往不产生脱水引起的吸热效应，这往往减少有利的效果。
[0064] 例如，如下所述，可以测量发生吸热脱水反应的温度。电池分解，并且使用溶剂(例 如，碳酸二甲酯(DMC)清洗所产生的电极。在该过程中，电解质成分与电极表面上的涂层分 开。通过分离电解质成分所获得的溶液离心，以便获得填料元件(填料38)。使用热重量分析 仪（由Seiko Instruments公司制造的TG/DTA6300)，然后，填料成分通过10°C/分钟的速率 加热为l〇〇〇°C，其中，可以从发生重量损失的温度中确定发生吸热脱水反应的温度。
[0065]能够发生吸热脱水反应以形成水的材料的无机颗粒的实例包含水合物颗粒、金属 氢氧化物颗粒以及矿物颗粒。这些颗粒中的一种类型可单独使用，或者可使用这些颗粒中 的两种或更多种类型的任何混合物。
[0066] 所述水合物优选地是硫酸（例如，硫酸镁(MgSO4)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸钡(BaSO 4) 或硫酸锶(SrS〇4))的水合物。
[0067] 所述金属氢氧化物优选地是A100H(勃姆石、Al2O3H2O)、氢氧化镁(Mg(0H) 2、水镁 石）、氢氧化铝(Al (0H)3(三轻铝石、三水铝石））、氢氧化锌(Zn(OH)2)、或任何其他含水氢氧 化物、氧化氢氧化物或水合氧化物。
[0068]矿物的颗粒(矿物颗粒)通常是粘土矿物的颗粒(粘土矿物颗粒）。粘土矿物可以是 晶态粘土矿物、非晶或准晶粘土矿物等。晶态粘土矿物的实例包含硅酸盐矿物，例如，层状 硅酸盐(硅酸盐)矿物、具有与层状硅酸盐的结构相似的结构的矿物、以及其他硅酸盐矿物； 以及层状碳酸盐矿物。
[0069] 层状硅酸盐矿物具有Si-O四面体片和与四面体片相结合的Al-0、Mg-0等的八面体 片。层状硅酸盐通常根据四面体和八面体片的数量、八面体阳离子的数量以及层电荷分类。 还可以使用通过使用有机铵离子等完全或者部分代替层间金属离子来从层状硅酸盐矿物 中获得的矿物。
[0070] 层状硅酸盐矿物的具体实例包含属于1:1高岭石-蛇纹石组、2:1叶蜡石-滑石组、 蒙脱石组、蛭石组、云母(云母，isinglass)组、脆云母组以及绿泥石组的那些矿物。
[0071] 例如，属于高岭石-蛇纹石组的层状硅酸盐矿物包含纤蛇纹石、叶蛇纹石、利蛇纹 石、高岭土以及地开石。例如，属于叶蜡石-滑石组的层状硅酸盐矿物包含滑石(Mg 3Si4O10 (OH)2)、镍滑石以及叶蜡石(Al2Si4O1Q(OH) 2)13例如，属于蒙脱石族组的层状硅酸盐矿物包含 阜石[(Ca/2，Na)0.33(Mg，Fe 2+)3(Si