非水电解质二次电池的制作方法_4

文档序号:9423036阅读:来源:国知局
异。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(PEO)、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。
[0089] 凝胶电解质的基质聚合物通过形成交联结构,能够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的聚合性聚合物(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。
[0090] 另外,作为隔膜,优选为在多孔基体上层叠耐热绝缘层而得到的隔膜(带耐热绝 缘层的隔膜)。耐热绝缘层为包含无机颗粒和粘结剂的陶瓷层。带耐热绝缘层的隔膜使用烙 点或热软化点为150°CW上、优选为200°CW上的耐热性高的隔膜。通过具有耐热绝缘层, 在溫度上升时增大的隔膜的内部应力得W缓和,因此能够获得热收缩抑制效果。其结果, 能够防止引起电池的电极间短路,因此形成不易发生由溫度上升导致的性能下降的电池结 构。另外,通过具有耐热绝缘层,带耐热绝缘层的隔膜的机械强度提高,不易发生隔膜的破 膜。进而,由于热收缩抑制效果和机械强度高,所W在电池的制造工序中隔膜不易弯曲。
[0091] 耐热绝缘层中的无机颗粒有助于耐热绝缘层的机械强度、热收缩抑制效果。作 为无机颗粒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化、Alz化、 Zr〇2、Ti〇2)、氨氧化物、及氮化物、W及它们的复合体。运些无机颗粒可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颗粒,也可W为人工制 造的颗粒。另外,运些无机颗粒可W仅单独使用1种,也可W组合使用2种W上。其中,从 成本的观点出发,优选使用二氧化娃(Si〇2)或氧化侣(Al2〇3),更优选使用氧化侣(Al2〇3)。
[0092] 耐热性颗粒的单位面积重量没有特别限定,优选为5~15g/m2。如果为该范围,贝U 能够得到充分的离子传导性,另外,在维持耐热强度的方面优选。
[0093] 耐热绝缘层中的粘结剂具有将无机颗粒彼此粘接、将无机颗粒和树脂多孔基体层 粘接的作用。利用该粘结剂能稳定地形成耐热绝缘层,并且能够防止多孔基体层和耐热绝 缘层之间的剥离。
[0094]耐热绝缘层中使用的粘结剂没有特别限制,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、下二締橡胶、聚偏二氣乙締(PVD巧、聚四氣乙締(PTFE)、聚氣乙締(PVF)、丙締酸甲醋 等化合物作为粘结剂。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2种W上。
[0095] 耐热绝缘层中的粘结剂的含量相对于耐热绝缘层100重量%优选为2~20重 量%。若粘结剂的含量为2重量% ^上,则能够提高耐热绝缘层和多孔基体层之间的剥离 强度,能够提高隔膜的耐振动性。另一方面,若粘结剂的含量为20重量% ^下,则无机颗粒 的间隙被适度保持,因此,能够确保充分的裡离子传导性。
[0096] 关于带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15(TC,也能够有效地防止隔膜的收缩。其结果,能够防止引发电池的电极间短 路,因此,形成不易发生由溫度上升而导致的性能下降的电池结构。
[0097][正极集电板和负极集电板]
[009引构成集电板(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 的集电板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、高导电性的观点出发,更优选为侣、 铜,特别优选为侣。需要说明的是,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。
[0099][正极引线和负极引线]
[0100] 另外,虽然省略图示,但可W介由正极引线、负极引线将集电体11和集电板(25、 27)之间电连接。作为正极引线和负极引线的构成材料,可W同样采用公知的裡离子二次电 池中使用的材料。需要说明的是,从外壳取出的部分优选利用耐热绝缘性的热收缩管等覆 盖,使得不会与外围设备、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。
[0101] [电池外壳体]
[0102] 本方式的非水电解质二次电池中,作为电池外壳体29,使用能够覆盖发电元件的、 使用了包含侣等金属的层压膜的袋状的壳体也是特征之一。使用运种层压膜作为外壳体 时,电池的散热性高,在低溫条件下使用时,即使发电元件产生焦耳热,发电元件也难W升 溫。因此,可W说容易发生由低溫条件下的裡离子传导率的降低导致的功率特性的降低。另 一方面,对于现有的卷绕型电池中使用的那样的罐壳体,由于电池的散热性低,因此利用产 生的焦耳热,发电元件的溫度能够容易地上升。因此,不易产生低溫条件下的功率特性降低 的问题。
[0103] 对于该层压膜,例如可W使用依次层叠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 电池运样的观点出发,理想的是层压膜。另外,从能够容易调节从外部施加于发电元件的组 压强、容易调节为期望的电解液层厚度的方面出发,外壳体更优选为包含侣的层压膜。
[0104][电池单元尺寸]
[0105] 图2为表示作为二次电池的代表性实施方式的扁平的裡离子二次电池的外观的 立体图。如该裡离子二次电池那样,根据本发明的优选的实施方式,提供具有在由包含侣的 层压膜形成的电池外壳体中封入有前述发电元件的结构的扁平层叠型层压电池。
[0106] 如图2所示,扁平的裡离子二次电池50具有长方形状的扁平的形状,从其两侧部 引出用于取出电力的正极片58、负极片59。发电元件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,发电元件57在将正极片58和负极片59引出至外部的状态 下被密封。此处,发电元件57相当于之前说明的图1中示出的裡离子二次电池10的发电 元件21。发电元件57是层叠多个由正极(正极活性物质层)15、电解质层17和负极(负 极活性物质层)13构成的单电池层(单电池单元)19而得到的。
[0107] 需要说明的是,上述裡离子二次电池并不限于层叠型的扁平的形状。对于卷绕型 的裡离子二次电池而言,可W为圆筒型形状的电池,也可W为使运样的圆筒型形状的电池 变形而制成长方形状的扁平的形状那样的电池等,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,发电元件用侣层压膜进行外饰。通过该形态,能够达成轻量化。
[010引另外,关于图2中示出的片58、59的取出,也没有特别限制。可W从相同边引出正 极片58和负极片59,也可W将正极片58和负极片59分别分成多个而从各边取出等,并不 限于图3中示出的情况。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)来代替片而形成端子。
[0109] 通常的电动汽车中,电池存储空间为17化左右。为了在该空间中存储电池单元和 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成为50%左右。电池单元向该 空间中的负载效率成为支配电动汽车的续航距离的因素。单电池单元的尺寸变小时,上述 负载效率受损,因此变得无法确保续航距离。
[0110] 因此,本发明中,用外壳体覆盖发电元件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。运种大型的电池可W用于车辆用途。此 处,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。
[0111] [体积能量密度和额定放电容量]
[0112] 对于通常的电动汽车,市场要求由一次充电得到的行进距离(续航距离)为 100km。考虑到运种续航距离,电池的体积能量密度优选为157WVLW上、且额定容量优选 为20WhW上。
[0113] 此处,作为与电极的物理尺寸的观点不同的大型化电池的观点,对于本方式的非 水电解质二次电池,由电池面积、电池容量的关系规定电池的大型化。具体而言,优选的是, 本方式的非水电解质二次电池为扁平层叠型层压电池,电池面积(包含电池外壳体的电池 的投影面积)相对于额定容量的比值为5cm7AhW上,且额定容量为3AhW上。制成如此 大面积且大容量的电池时,会更明显地表现出上述那样的由低溫条件下的裡离子传导率降 低导致的功率特性降低。另一方面,现有的民用型电池那样的、不像上述那样大面积且大容 量的电池中,低溫条件下的裡离子传导率降低之类的问题不会变明显,因此,也未见低溫条 件下的功率特性降低。
[0114] 进而,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 的长宽比作为矩形状的正极活性物质层的纵横比而被定义。通过将长宽比设为运样的范 围,具有能够兼顾车辆要求性能和搭载空间运样的优点。
[011引[电池组]
[0116] 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、通过串联化或并 联化或运两者而构成。通过进行串联、并联化,能够自由调节容量和电压。
[0117] 也可W形成电池串联或并联地连接多个且可装配拆卸的小型的电池组。而且,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,也可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、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制作电池组、或另外层叠几段小型电池组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。
[om][车辆]
[0119] 本发明的非水电解质二次电池即使长期使用也能维持放电容量,循环特性良好。 进而,体积能量密度高。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 车等的车辆用途中,与电气/移动电子设备用途相比,要求高容量、大型化,并且需要长寿 命化。因此,上述非水电解质二次电池作为车辆用的电源,例如可W适合用于车辆驱动用电 源、辅助电源。
[0120] 具体而言,可W将电池或组合多个电池而形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和功率特性优异的高寿命的电池,因此,若搭载运样的电池,则能够 构成EV行进距离长的插电式混合动力电动汽车、一次充电行进距离长的电动汽车。运是因 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)、W及二轮车 (摩托车)、=轮车),形成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 W适用于其它车辆、例如电车等移动体的各种电源,也可W用作无停电电源装置等载置用 电源。
[0121] 实施例
[0122] W下,使用实施例和比较例进一步进行详细说明,但本发明并不仅限定于W下的 实施
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