非水电解质二次电池的制作方法_5

文档序号:9332914阅读:来源:国知局
指对发电元件施加的外力,施加于发电元件的组压 强可以使用薄膜式压力分布测量系统容易地测定,本说明书中,采用使用tekscan公司薄 膜式压力分布测量系统测定的值。
[0112] 组压强的控制没有特别限定,可以对发电元件物理地直接或间接地附加外力,控 制该外力,由此控制组压强。作为这样的外力的施加方法,优选使用对外壳体施加压力的加 压构件。即,本发明的适宜的一个实施方式为一种非水电解质二次电池,其还具有加压构 件,所述加压构件以施加于发电元件的组压强成为〇. 07~0. 7kgf/cm2的方式对外壳体施 加压力。
[0113] 图2(A)为作为本发明的适宜的一个实施方式的非水电解质二次电池的俯视图, 图2(B)为从图2(A)中的A方向观察的向视图。封入有发电元件的外壳体1具有长方形状 的扁平的形状,从其侧部引出用于取出电力的电极片4。发电元件被电池外壳体包裹,其周 围被热熔接,发电元件在将电极片4引出至外部的状态下被密封。此处,发电元件相当于 之前说明的图1所示的锂离子二次电池10的发电元件21。图2中,2表示作为加压构件的 SUS板,3表示作为固定构件的固定夹具,4表示电极片(负极片或正极片)。加压构件是为 了以施加于发电元件的组压强成为0. 07~0. 7kgf/cm2的方式进行控制而配置的。作为加 压构件,可以举出聚氨酯橡胶片等橡胶材料、铝、SUS等的金属板、包含聚乙烯、聚丙烯的树 脂材料、Bakelite、Teflon(注册商标)等的树脂板等。另外,从加压构件能够对发电元件 持续地赋予恒定的压力的方面出发,优选进一步具有用于固定加压构件的固定构件。另外, 通过调节固定夹具对加压构件的固定,能够容易地控制施加于发电元件的组压强。
[0114] 需要说明的是,关于图2所示的片的取出,也没有特别限制。可以从两侧部引出正 极片和负极片,也可以将正极片和负极片分别分成多个而从各边取出等,并不限于图2所 示的情况。
[0115] 本实施方式的特征部分的特征在于,将电解液向前述正极活性物质层的渗入时间 设为Tc、将电解液向负极活性物质层的渗入时间设为Ta时的Tc/Ta处于0. 6~1. 3的范 围。如此,将水系粘结剂用于负极活性物质层时,使电解液向正负极活性物质层的吸液(渗 入)速度之比为适当的范围,从而能够改善正负极活性物质层的润湿性,维持、提高电池特 性(长期循环特性)。从上述观点出发,上述Tc/Ta为0. 6~1. 3的范围即可,但优选为 0. 8~1. 2的范围。
[0116] 电解液向正极活性物质层和负极活性物质层的渗入时间的测定可以通过以下 的方法进行。即,对于电解液向正极活性物质层的渗入时间Tc,使用在将碳酸亚丙酯 (PC)liil滴加于正极活性物质层表面的中央部时完全被吸收到活性物质层中的时刻(目 视判定)。对此,例如也可以使用与非水电解质二次电池所使用的电解液组成相同的电解 液,但由于包含挥发成分,因此难以区分是因蒸发而使电解液消失,或是渗入到活性物质层 中而从表面消失。因此,采用不易挥发的PC的渗入时间作为电解液向正极活性物质层的渗 入时间Tc。电解液向负极活性物质层的渗入时间Ta也同样地使用PC的渗入时间。
[0117] [电池组]
[0118] 电池组是使多个电池连接而构成的。详细而言,电池组使用至少2个以上、通过串 联化或并联化或这两者而构成。通过进行串联、并联化,能够自由调节容量及电压。
[0119] 也可以将电池串联或并联地连接多个,形成可装配拆卸的小型的电池组。而且,也 可以将该可装配拆卸的小型的电池组进一步串联或并联地连接多个,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、辅助电源的、具有大容量、大功率的电池 组。关于要连接几个电池来制作电池组、此外层叠几段小型电池组来制作大容量的电池组, 根据搭载的车辆(电动汽车)的电池容量、功率来确定即可。
[0120] [车辆]
[0121] 上述电气设备的功率特性优异,即使长期使用也能维持放电容量,循环特性良好。 在电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池车、混合动力燃料电池汽车等车辆用途中,与电 气/移动电子设备用途相比,要求高容量、大型化,同时需要长寿命化。因此,上述电气设备 作为车辆用的电源,例如可以适宜用于车辆驱动用电源、辅助电源。
[0122] 具体而言,可以将电池或组合多个电池而成的电池组搭载于车辆。本发明中,由于 能够构成长期可靠性及功率特性优异的高寿命的电池,因此,若搭载这样的电池,则能够构 成EV行进距离长的插电混合动力电动汽车、一次充电行进距离长的电动汽车。这是因为, 通过将电池或组合多个电池而形成的电池组用于例如汽车中的混合动力车、燃料电池车、 电动汽车(均包括四轮车(轿车、卡车、公共汽车等商用车、小型汽车等)、以及二轮车(摩 托车)、三轮车),成为高寿命且可靠性高的汽车。但是,用途并不限定于汽车,例如也可以 适用于其他车辆、例如电车等移动体的各种电源,也可以作为无停电电源装置等载置用电 源利用。
[0123] 实施例
[0124] 以下,使用实施例及比较例进一步进行详细说明。但是,本发明的保护范围并不仅 限于以下的实施例。
[0125] (实施例1)
[0126] 1.电解液的制作将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)的混合 溶剂(30 :30 :40(体积比))作为溶剂。另外,将1. 0M的LiPFjt为锂盐。进而,相对于上 述溶剂和上述锂盐的合计100质量%添加2质量%的碳酸亚乙稀酯,制作电解液。需要说 明的是,"1. 0M的LiPF6"是指该混合溶剂及锂盐的混合物中的锂盐(LiPF6)浓度为1. 0M。
[0127] 2.正极的制作
[0128] 准备包含作为正极活性物质的LiMn204(平均粒径:15ym)91质量%、作为导电助 剂的乙炔黑5质量%、及作为粘结剂的PVdF4质量%的固体成分。相对于该固体成分添加 适量作为浆料粘度调节溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),制作正极浆料。接着,将正极浆 料涂布于作为集电体的铝箱(厚度:20ym)的两面,进行干燥/压制,制作正极活性物质层 的单面涂覆量18mg/cm2、两面厚度157ym(包含箱)的正极。正极活性物质层的孔隙率为 27%。
[0129] 3.负极的制作
[0130] 准备包含作为负极活性物质的人造石墨(日立化成株式会社制造、形状:鳞片状、 平均粒径:20ym) 95质量%、作为导电助剂的乙炔黑2质量%、及作为粘结剂的SBR2质 PAPERChemicalsC0.,LTD.制造、醚化度0.8、重均分子量35万)1质 量%的固体成分。相对于该固体成分添加适量作为浆料粘度调节溶剂的离子交换水,制作 负极浆料。接着,将负极浆料涂布于作为集电体的铜箱(厚度:15ym)的两面,进行干燥/ 压制,制作负极活性物质层的单面涂覆量5.lmg/cm2、厚度82ym(包含箱)的负极。负极活 性物质层的孔隙率为33%。另外,负极活性物质层的密度为1.46g/cm3。
[0131] 4.单电池的完成工序
[0132] 将上述制作的正极切成210X184mm的长方形状,将负极切成215X188mm的长方 形状(正极15片、负极16片)。使该正极和负极夹着219X191mm的隔膜(聚丙烯制的微 多孔膜、厚度25ym、孔隙率55% )交替地层叠,制作发电元件。
[0133] 在该发电元件的正极和负极分别焊接片,与电解液一起密封到由铝层压膜形成的 外壳体中,完成非水电解质二次电池(单电池)。如此制作的电池的额定容量为14. 6Ah、电 池面积相对于额定容量的比为34. 8cm2/Ah。另外,注入到前述外壳体中的前述电解液的体 积L相对于上述发电元件所具有的孔隙的体积I的比值(L/VJ为1. 4。
[0134](比较例1)
[0135] 代替实施例1的正极的制作,准备包含作为正极活性物质的LiMn204(平均粒径: 15ym) 88质量%、作为导电助剂的乙炔黑5质量%、及作为粘结剂的PVdF7质量%的固体 成分。相对于该固体成分添加适量作为浆料粘度调节溶剂的NMP,制作正极浆料。接着,将 正极浆料涂布于作为集电体的铝箱(厚度:20ym)的两面,进行干燥/压制,制作正极活性 物质层的单面涂覆量18mg/cm2、两面厚度150ym(包含箱)的正极(正极活性物质层的孔 隙率为24% ),除此之外,与实施例1同样操作,完成非水电解质二次电池(单电池)。此 处,所得到的非水电解质二次电池(单电池)的注入到外壳体中的电解液的体积L相对于 发电元件所具有的孔隙的体积I的比值(L/VJ为1. 4。
[0136](比较例2)
[0137] 代替实施例1的负极的制作,准备包含作为负极活性物质的人造石墨(日立化成 株式会社制造、形状:鳞片状石墨、平均粒径:20iim)95质量%、作为导电助剂的乙炔黑2质 量%、及作为粘结剂的SBR2质量%、CMC(NIPP0NPAPERChemicalsC0.,LTD.制造、醚化 度0. 8、重均分子量35万)1质量%的固体成分。相对于该固体成分添加适量作为浆料粘 度调节溶剂的离子交换水,制作负极浆料。接着,将负极浆料涂布于作为集电体的铜箱(厚 度:15ym)的两面,进行干燥/压制,制作负极活性物质层的单面涂覆量5.lmg/cm2、厚度 83ym(包含箱)的负极(负极活性物质层的孔隙率为31%。此外,负极活性物质层的密度 为1. 50g/cm3),除此之外,与实施例1同样操作,完成非水电解质二次电池(单电池)。此 处,所得到的非水电解质二次电池(单电池)的注入到外壳体的电解液的体积L相对于发 电元件所具有的孔隙的体积I的比值(L/VJ为1. 4。
[0138](实施例2)
[0139] 代替实施例1的正极的制作,准备包含作为正极活性物质的LiMn204(平均粒 径:15ym)60质量%和1^附02(平均粒径:15ym)25质量%、作为导电助剂的乙炔黑5质 量%、及作为粘结剂的PVdF10质量%的固体成分。相对于该固体成分添加适量作为浆料 粘度调节溶剂的NMP,制作正极浆料。接着,将正极浆料涂布于作为集电体的铝箱(厚度: 20ym)的两面,进行干燥/压制,制作正极活性物质层的单面涂覆量14. 6mg/cm2、两面厚度 127ym(包含箱)的正极(正极活性物质层的孔隙率为25% ),除此之外,与实施例1同样 操作,完成非水电解质二次电池(单电池)。此处,所得到的非水电解质二次电池(单电池) 的注入到外壳体中的电解液的体积L相对于发电元件所具有的孔隙的体积I的比值(L/V》 为 1. 4。
[0140](比较例3)
[0141] 代替实施例1的正极的制作,准备包含作为正极活性物质的LiMn204(平均粒 径:15ym)62质量%和1^附02(平均粒径:15ym)26质量%、作为导电助剂的乙炔黑5质 量%、及作为粘结剂的PVdF7质量%的固体成分。相对于该固体成分添加适量作为浆料 粘度调节溶剂的NMP,制作正极浆料。接着,将正极浆料涂布于作为集电体的铝箱(厚度: 20ym)的两面,进行干燥/压制,制作正极活性物质层的单面涂覆量14. 6mg/cm2、两面厚度 127ym(包含箱)的正极(正极活性物质层的孔隙率为26% ),除此之外,与实施例1同样 操作,完成非水电解质二次电池(单电池)。此处,所得到的非水电解质二次电池(单电池) 的注入到外壳体中的电解液的体积L相对于发电元件所具有的孔隙的体积I的比值(L/V》 为 1. 4。
[0142](实施例3)
[0143] 代替实施例1的正极的制作,准备包含作为正极活性物质的LiMn204(平均粒径: 10ym) 91质量%、作为导电助剂的乙炔黑5质量%、及作为粘结剂的PVdF4质量%的固体 成分。相对于该固体成分添加适量作为浆料粘度调节溶剂的NMP,制作正极浆料。接着,将 正极浆料涂布于作为集电体的铝箱(厚度:20ym)的两面,进行干燥/
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