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CN105684205B - 电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电存储设备和电力系统 - Google Patents

电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电存储设备和电力系统 Download PDF

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CN105684205B CN201480059245.XA CN201480059245A CN105684205B CN 105684205 B CN105684205 B CN 105684205B CN 201480059245 A CN201480059245 A CN 201480059245A CN 105684205 B CN105684205 B CN 105684205B
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种电池,其包括正极、负极、隔板,以及含有颗粒、树脂和电解液的电解质。颗粒的形状包括平面,颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,并且颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4。本申请还提供了电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电存储设备以及电力系统。

Description

电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电存储设备和电 力系统
技术领域
本技术涉及一种电池、一种电解质、一种电池组、一种电子装置、一种电动车辆、一种电存储设备和一种电力系统。
背景技术
作为具有优异的能量密度并且广泛用于便携式装置的锂离子二次电池,其中层压膜用于外包装件的电池已经投入实际应用,因为电池的能量密度在轻的重量下是高的,并且电池可以用非常薄的形状来制造。
另外,在其中如上所述的层压膜被用作外包装件的电池中,电解液和聚合物化合物被用作电解质以便获得液漏电阻等,并且电池被称为聚合物电池。在这些电池中,使用其中电解液是由聚合物化合物保持并且具有所谓的凝胶状的凝胶电解质的电池被广泛传播。
在聚合物电池中,由于铝层压膜被用作外包装件,故形状的自由度大大提高。然而,强度在某些情况下是不够的。因此,当由于使用不当对之施加强力时,变形很可能发生。
在这种情况下,当聚合物电池覆盖着强大的外部包装时,就没问题。然而,根据最近的高容量的需求,外部包装变得简单。因此,当变形大时,短路可能在电池的内部发生,并且有一种可能性,即电池不充当电池。
相比之下,专利文献1建议,使氧化铝颗粒等混合在凝胶电解质中以提高凝胶强度。
引文列表
专利文献
专利文献1:日本专利申请公开号2010-198757
发明内容
本发明要解决的问题
在其中使颗粒混合在电解质中的电池中,白浊等发生在电解质中。因此,很难确保稳定性而不牺牲容量。
因此,本技术的目的是提供一种能够确保稳定性而不牺牲容量的电池、一种电解质、一种电池组、一种电子装置、一种电动车辆、一种电存储设备和一种电力系统。
问题的解决方案
为了解决上述问题,根据本技术,提供一种电池,其包括正极、负极、隔板,以及含有颗粒、树脂和电解液的电解质。颗粒的形状包括平面,颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,并且颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4。
根据本技术,提供一种含有颗粒、树脂和电解液的电解质。颗粒的形状包括平面,颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,并且颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4。
根据本技术,提供包括上述电池的一种电池组、一种电子装置、一种电动车辆、一种电存储设备和一种电力系统。
本发明的效果
根据本技术,可能确保稳定性而不牺牲容量。
附图说明
图1是分解透视图,其图示根据本技术的第一实施方案的层压膜型的非水电解质电池的配置。
图2A是横截面图,其图示沿着图1中所示的卷绕电极体中的线I-I的横截面配置。图2B是示意性横截面图,其图示沿着垂直于卷绕电极体中的线I-I的方向的横截面的一部分。
图3A是滑石颗粒的SEM照片。图3B是勃姆石颗粒的SEM照片。
图4A至图4C是分解透视图,其图示使用层压电极体的层压膜型的非水电解质电池的配置。
图5是图示简单型电池组的配置实例的分解透视图。
图6A是图示简单型电池组的外观的示意性透视图。图6B图示简单型电池组的外观的示意性透视图。
图7是方框图,其图示根据本技术的实施方案的电池组的电路配置实例。
图8是示意图,其图示使用本技术的非水电解质电池的家用电存储系统的应用实例。
图9是示意图,其示意性地图示使用本技术应用的串联式混合系统的混合驱动汽车的配置的实例。
图10是图示电池弯曲试验的示意图。
图11是图示电池弯曲试验的示意性横截面图。
具体实施方式
实施本发明的模式
(本技术的技术背景)
首先,将提供本技术的技术背景的描述以便于理解本技术。如在[背景技术]一栏所述,专利文献1(日本专利申请公开号2010-198757)建议,使氧化铝颗粒等混合在凝胶电解质中以提高凝胶电解质的强度。
当制造专利文献1中所述的电池时,使用以下方法等。具体来说,预先具有流动性的凝胶电解质(通过使用溶剂具有溶胶形状的凝胶电解质,或用热熔化以具有热熔形状的凝胶电解质)形成在电极(或隔板)上并被凝固。然后,电极和隔板被层压和/或卷绕以获得发电元件(卷绕电极体或层压电极体)。
当形成发电元件时,将凝胶电解质涂覆到至少活性材料混合层(活性材料层)的整个表面,并且特别重要的是,将凝胶电解质充分地提供给包括电极的活性材料混合层的切出的横截面。这样做的原因是如下。当电解质不足时,不会有助于电荷反应的一部分可能导致可能的容量损失,并且可能导致在切出的横截面上出现毛刺、被分离的导电性、由于高电势应用现象造成的金属离子的洗脱等。因此,可能导致短路事故。
然而,当试图将使氧化铝颗粒等混合在其中的凝胶电解质充分地涂覆到电极的切出的横截面时,形成具有比电极的宽度更宽的宽度的凝胶电解质层。因此,其进入一种状态,即,使凝胶电解质层从宽度方向突出在宽度方向上的电极的两端。当其在涂覆后进入这种状态时,白浊等发生在使氧化铝颗粒等混合在其中的凝胶电解质中。因此,很难通过凝胶电极辨别电极的轮廓。
因此,当形成发电元件时,很难用适当的间隙(在宽度方向上的各自的边缘之间的间隔)准确地重叠正极边缘、隔板边缘和负极边缘。当层压或卷绕电极和隔板时,重要的是在适当的间隙下准确地重叠正极边缘、隔板边缘和负极边缘,并且与适当的间隙的位置偏差成为严重的短路事故的原因。因此,有必要避免位置偏差。
相比之下,在使用使氧化铝颗粒等混合在其中的凝胶电解质的情况下,当将间隙设置为大值时,短路的可能性降低。因此,例如,使用其中正极的大小变小(正极的宽度变小)的方法。然而,在方法中,电池容量减少,从而使容量变差。即,可能确保了稳定性,但牺牲了容量。
考虑到上述问题,本技术提供一种通过提高凝胶电解质的透明度而能够确保稳定性而不牺牲容量的电池、一种电解质、一种电池组、一种电子装置、一种电动车辆、一种电存储设备和一种电力系统。
在下文中,将参照附图描述本技术的实施方案。此外,描述将按照以下顺序进行:
1.第一实施方案(电池的第一实例和第二实例)
2.第二实施方案(电池组的实例)
3.第三实施方案(电池组的实例)
4.第四实施方案(电存储系统等的实例)
5.其他实施方案(修改实例)
另一方面,以下实施方案等是本技术的优选的具体实例,并且本技术的内容不受实施方案等的限制。另外,在本说明书中描述的效果仅是说明性的,并且没有限制。另外,并不旨在否认与例示的效果不同的其他效果的存在。
<1.第一实施方案>
在本技术的第一实施方案中,将提供层压膜型的非水电解质电池(电池)的描述。例如,非水电解质电池为能够被充电和放电的非水电解质二次电池。另外,非水电解质电池为例如锂离子二次电池。在以下配置下,将描述层压膜型的非水电解质电池的两个配置实例(第一实例和第二实例)。
(1-1)第一实例
[非水电解质电池的配置实例]
图1图示根据第一实施方案的非水电解质电池62的配置。非水电解质电池62被称为所谓的层压膜型,并且正极引线51和负极引线52所附接到的卷绕电极体50容纳在膜状外包装件60的内部。
正极引线51和负极引线52例如在相同的方向上从外包装件60的内部被引出到外侧。例如,正极引线51和负极引线52由金属材料(诸如铝、铜、镍和不锈钢)构成,并且具有薄板形状或网络形状。
例如,外包装件60由层压膜构成,其中树脂层形成在金属层的两个表面上。在层压膜中,外侧树脂层形成在暴露于电池外侧的金属层的表面上,并且内侧树脂层形成在电池内侧上的面向发电元件(诸如卷绕电极体50)的表面上。
金属层具有阻隔水分、氧气和光的进入以保护含量的最重要的功能,并且从重量轻、可扩展性、价格和易于加工的观点出发,铝(Al)最常用于形成金属层。外侧树脂层具有外观、韧性、弹性等的优点,并且树脂材料(诸如尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))用于形成外侧树脂层。内侧树脂层为使用热或超声波彼此熔化和熔合的一部分,因此聚烯烃优选用于内侧树脂层,并且流延聚丙烯(CPP)是经常使用的。粘合层可以根据需要分别提供在金属层与外侧树脂层之间以及金属层与内侧树脂层之间。
在外包装件60中,提供凹部,其例如通过在从内侧树脂层朝向外侧树脂层的方向上深冲压形成并且容纳卷绕电极体50,并且内侧树脂层被安置成面向卷绕电极体50。通过熔合等使外包装件60的面向彼此的内侧树脂层在凹部的外边缘部分彼此紧密接触。粘合膜61分别安置在外包装件60与正极引线51之间以及外包装件60与负极引线52之间,粘合膜61提高外包装件60的内侧树脂层与由金属材料形成的正极引线51和负极引线52之间的粘合性。粘合膜61由具有与金属材料的高粘合性的树脂材料形成。例如,粘合膜61由聚烯烃树脂形成,诸如聚乙烯、聚丙烯,以及从聚乙烯或聚丙烯改性的改性聚乙烯或改性聚丙烯。
此外,外包装件60可以由具有不同结构的层压膜、聚合物膜(诸如聚丙烯)或金属膜形成,而不是其中金属层由铝(Al)形成的铝层压膜。
图2A是横截面图,其图示沿着图1中所示的卷绕电极体50中的线I-I的横截面结构。图2B是示意性横截面图,其图示沿着垂直于卷绕电极体50中的线I-I的方向的横截面的一部分。如图2A中所示,通过层压带状正极53和带状负极54穿过带状隔板55和凝胶电解质层56并且通过卷绕所得的层压体来获得卷绕电极体50,并且必要时通过保护带57保护其最外层的外围部分。
如图2B中所示,例如,带状正极53的宽度、带状负极54的宽度和带状隔板55的宽度之间的大小关系通常被设置成满足以下关系:带状正极53的宽度<带状负极54的宽度<带状隔板55的宽度。凝胶电解质层56用比带状正极53的宽度和带状负极54的宽度更宽的宽度形成,并且覆盖在宽度方向上带状正极53的两个端面中的至少一部分,和在宽度方向上带状负极54的两个端面中的至少一部分。另一方面,优选的是,凝胶电解质层56覆盖正极53的两个端面和负极54的两个端面的全部。另外,以在宽度方向上在正极53的端部、负极54的端部和隔板55的端部之间形成预定的适当的间隙的方式,通过在其间形成的凝胶电解质层56来层压正极53、负极54和隔板55。
[正极]
正极53具有其中正极活性材料层53B提供在正极集电体53A的一个表面或两个表面上的结构。
在正极53中,含有正极活性材料的正极活性材料层53B形成在正极集电体53A的两个表面上。作为正极集电体53A,例如,可以使用金属箔,诸如铝(Al)箔、镍(Ni)箔和不锈钢(SUS)箔。
正极活性材料层53B含有例如正极活性材料、导电剂和粘合剂。作为正极活性材料,可以使用能够嵌入和脱嵌锂的任何一种或多种的正极材料,并且正极活性材料层53B可以必要时含有其他材料,诸如粘合剂和导电剂。
作为能够嵌入和脱嵌锂的正极材料,例如,含锂化合物是优选的。这样做的原因是,获得高能量密度。含锂化合物的实例包括含有锂和过渡金属元素的复合氧化物、含有锂和过渡金属元素的磷酸化合物等。其中,含有选自由钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和铁(Fe)组成的组中的至少一种作为过渡金属元素的含锂化合物是优选的。这样做的原因是,获得较高的电压。
作为正极材料,例如,可以使用用LixM1O2或LiyM2PO4表示的含锂化合物。在化学式中,M1和M2代表一种或多种过渡金属元素。x和y的值根据电池的充电和放电状态是不同的。通常,x和y的值满足关系:0.05≤x≤1.10并且0.05≤y≤1.10。含有锂和过渡金属元素的复合氧化物的实例包括锂钴复合氧化物(LixCoO2)、锂镍复合氧化物(LixNiO2)、锂镍钴复合氧化物(LixNi1-zCozO2(0<z<1))、锂镍钴锰复合氧化物(LixNi(1-v-w)CovMnwO2(0<v+w<1,v>0,w>0))、锂锰复合氧化物(LiMn2O4)或具有尖晶石型结构的锂锰镍复合氧化物(LiMn2-tNitO4(0<t<2))等。其中,含有钴的复合氧化物是优选的。这样做的原因是,获得高容量,并且也获得优异的循环特性。另外,含有锂和过渡金属元素的磷酸化合物的实例包括锂铁磷酸化合物(LiFePO4)、锂铁锰磷酸化合物(LiFe1-uMnuPO4(0<u<1))等。
锂复合氧化物的具体实例包括钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)等。另外,可以使用其中过渡金属元素的一部分被取代成其他元素的固溶体。其实例包括镍钴复合锂氧化物(LiNi0.5Co0.5O2、LiNi0.8Co0.2O2等)。锂复合氧化物可以产生高电压,从而能量密度变得优异。
从获得较高的电极电荷性质和循环特性的观点出发,可以使用复合颗粒,其中任何含锂化合物的颗粒的表面涂有由任何其他含锂化合物组成的细粒。
另外,能够嵌入和脱嵌锂的其他正极材料的实例包括氧化物,诸如氧化钒(V2O5)、二氧化钛(TiO2)和二氧化锰(MnO2);二硫化物,诸如二硫化铁(FeS2)、二硫化钛(TiS2)和二硫化钼(MoS2);硫族化物,诸如不含锂的二硒化铌(NbSe2)(特别是,分层化合物或尖晶石型化合物);含有锂、硫的含锂化合物;以及导电聚合物,诸如聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔和聚吡咯。能够嵌入和脱嵌锂的正极材料可以是除了上述材料以外的材料。另外,可能以任意组合混合两种或更多种上述正极材料。
另外,作为导电剂,例如,可以使用碳材料(诸如碳黑和石墨)。作为粘合剂,可能使用例如选自树脂材料(诸如聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)、充油丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC))中的至少一种,以及含有这些树脂材料的共聚物作为主要成分。
正极53包括通过点焊或超声波焊接连接到正极集电体53A的一端的正极引线51。作为正极引线51,具有网络形状的金属箔或部件是优选的。然而,可以使用除了金属以外的任何材料,只要材料是电化学或化学稳定的并且获得传导性。正极引线51的材料的实例包括铝(Al)、镍(Ni)等。
[负极]
负极54具有其中负极活性材料层54B提供在负极集电体54A的一个表面或两个表面上的结构,并且负极活性材料层54B和正极活性材料层53B被安置成彼此面向。
另一方面,尽管未图示,但是负极活性材料层54B可以提供在负极集电体54A的仅一个表面上。例如,负极集电体54A由金属箔(诸如铜箔)构成。
负极活性材料层54B含有能够嵌入和脱嵌锂的任何一种或多种负极材料,作为负极活性材料,并且必要时可以含有其他材料,例如,与正极活性材料层53B中相同的粘合剂和导电剂。
另外,在非水电解质电池62中,能够嵌入和脱嵌锂的负极材料的电化学当量大于正极53的电化学当量,并且理论上被设置以便在充电期间使锂金属不沉淀到负极54。
另外,在非水电解质电池62中,处于完全充电状态的开路电压(即,电池电压)被设计成例如在2.80V至6.00V的范围内。特别地,在使用形成与Li/Li+的锂合金的材料或在0V附近嵌入锂的材料作为负极活性材料的情况下,处于完全充电状态的开路电压被设计成例如在4.20V至6.00V的范围内。在这种情况下,优选的是,处于完全充电状态的开路电压为4.25V至6.00V。在处于完全充电状态的开路电压等于或大于4.25V的情况下,甚至在相同的正极活性材料中,相比于4.20V的电池,每单位质量脱嵌的锂的量进一步增加,因此,根据这种现象调整正极活性材料的量和负极活性材料的量。根据这一点,获得高能量密度。
能够嵌入和脱嵌锂的负极材料的实例包括碳材料,诸如非石墨化碳、易石墨化碳、石墨、热解碳、焦炭、玻璃碳、有机聚合物化合物的烘烤体、碳纤维和活性炭。其中,焦炭的实例包括沥青焦炭、针状焦、石油焦炭等。有机聚合物化合物的烘烤体代表通过在适当温度下烘烤聚合材料(诸如酚树脂或呋喃树脂)获得的碳化材料,并且可以在某些方面被分类为非石墨化碳或易石墨化碳。这些碳材料是优选的,因为在充电和放电期间发生的晶体结构的变化非常小,可以获得高的充电和放电容量,并且可以获得令人满意的循环特性。特别地,石墨是优选的,因为电化学当量是大的并且可以获得高能量密度。另外,非石墨化碳是优选的,因为可以获得卓越的循环特性。此外,充电和放电电势低的材料,具体来说,充电和放电电势接近锂金属的充电和放电电势的材料是优选的,因为可以容易地实现电池的高能量密度。
能够嵌入和脱嵌锂并且能够实现高容量的其他负极材料的实例包括能够嵌入和脱嵌锂并且含有金属元素和准金属元素中的至少一种作为组成元素的材料。这样做的原因是,当使用这种材料时,可能获得高能量密度。特别地,更优选的是将材料与碳材料结合使用,因为可以获得高能量密度和优异的循环特性。负极材料可以是基本金属元素或准金属元素、其合金,或其化合物,并且负极材料可以至少在一部分具有其一种或多种相。此外,在本技术中,除了两种或更多种金属元素的合金之外,术语“合金”也包括含有一种或多种金属元素和一种或多种准金属元素的合金。另外,合金可以含有非金属元素。合金的织构包括固溶体、共晶(低共熔混合物)、金属互化物,以及其中两种或更多种这些织构共存的织构。
构成负极材料的金属元素或准金属元素的实例包括能够形成与锂的合金的金属元素或准金属元素。金属元素或准金属元素的具体实例包括镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、钛(Ti)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌(Zn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、钯(Pd)、铂(Pt)等。这些可以是晶体材料或非晶体材料。
作为负极材料,例如,含有短周期型周期表中的4B族的金属元素或准金属元素作为组成元素的材料是优选的,含有硅(Si)和锡(Sn)中的至少一种作为组成元素的材料是更优选的,并且含有至少硅的材料是特别优选的。这样做的原因是,硅(Si)和锡(Sn)具有嵌入和脱嵌锂的大容量并且可以获得高能量密度。含有硅和锡中的至少一种的负极材料的实例包括元素硅、硅的合金或化合物、元素锡、锡的合金或化合物,以及至少在一部分具有其一种或多种相的材料。
硅的合金的实例包括含有选自由锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)组成的组中的至少一种作为除了硅以外的次要的组成元素的合金。锡的合金的实例包括含有选自由硅(Si)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)组成的组中的至少一种作为除了锡(Sn)以外的次要的组成元素的合金。
锡(Sn)或硅(Si)的化合物的实例包括含有氧(O)或碳(C)的化合物。此外,锡或硅化合物可以含有除了锡(Sn)或硅(Si)之外的上述次要的组成元素。
其中,作为负极材料,含有钴(Co)、锡(Sn)和碳(C)作为组成元素,并且其中所含的碳的量是9.9质量%至29.7质量%,钴(Co)与锡(Sn)和钴(Co)的总和的比率是30质量%至70质量%的含SnCoC的材料是优选的。这样做的原因是,可以获得在这个组成范围内的高能量密度和优异的循环特性。
这种含SnCoC的材料可以必要时进一步含有另一组成元素。作为另一组成元素,例如,硅(Si)、铁(Fe)、镍(Ni)、铬(Cr)、铟(In)、铌(Nb)、锗(Ge)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、磷(P)、镓(Ga)或铋(Bi)是优选的,并且含SnCoC的材料可以含有这些组成元素中的两种或更多种。这样做的原因是,可以进一步提高容量或循环特性。
此外,含SnCoC的材料具有包括锡(Sn)、钴(Co)和碳(C)的相,并且优选的是,这种相具有低的晶体或无定形结构。另外,在含SnCoC的材料中,优选的是,碳(C)的至少一部分作为组成元素被结合到金属元素或准金属元素作为另一组成元素。这样做的原因是如下。据认为,循环特性的降低是由锡(Sn)等的聚集或结晶引起的,但是当碳(C)被结合到另一元素时,聚集或结晶可能被抑制。
检查元素的成键态的测量方法的实例包括X射线光电子能谱(XPS)。在XPS中,在石墨的情况下,在受到能量校准的设备中以284.5eV显示碳的1s轨道峰(C1s),使得以84.0eV获得金原子的4f轨道峰(Au4f)。另外,在表面污染的碳的情况下,以284.8eV显示峰。相比之下,在碳原子的电荷密度增加的情况下,例如,在碳被结合到金属元素或准金属元素的情况下,在低于284.5eV的范围内显示C1s峰。即,在低于284.5eV的范围内显示为含SnCoC的材料获得的C1s的合成波的峰的情况下,在含SnCoC的材料中所含的碳的至少一部分被结合到金属元素或准金属元素作为另一组成元素。
此外,在XPS测量中,例如,C1s峰用于频谱能量轴的校准。通常,表面污染的碳存在于含SnCoC的材料的表面上,因此表面污染的碳的C1s峰被设置为284.8eV,并且这被用作能量参考。在XPS测量中,获得C1s峰的波形作为包括表面污染的碳的峰和含SnCoC的材料中的碳的峰的波形。因此,例如,通过使用市售的软件进行的分析,使表面污染的碳的峰和含SnCoC的材料中的碳的峰彼此分离。在波形分析中,存在于最小结合能端上的主峰的位置被用作能量参考(284.8eV)。
能够嵌入和脱嵌锂的负极材料的实例进一步包括能够嵌入和脱嵌锂的金属氧化物和聚合物化合物等。金属氧化物的实例包括锂钛氧化物,诸如含有钛和锂的钛酸锂(Li4Ti5O12)、氧化铁、氧化钌、氧化钼等。聚合物化合物的实例包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等。
[隔板]
隔板55为多孔膜,其由具有大的离子渗透性和预定机械强度的绝缘膜构成。非水电解液保持在隔板55的空缺中。
作为构成隔板55的树脂材料,优选使用例如聚烯烃树脂(诸如聚丙烯和聚乙烯)、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚酯树脂、尼龙树脂等。特别地,聚乙烯(诸如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和线型聚乙烯)、其低分子量蜡或聚烯烃树脂(诸如聚丙烯)具有合适的熔化温度并且很容易获得,因此可以被优选使用。另外,可能使用其中两种或更多种多孔膜被层压的结构,或通过熔化和捏合两种或更多种树脂材料形成的多孔膜。当包括由聚烯烃树脂组成的多孔膜时,正极53与负极54之间的隔离变得优异,并且可能进一步减少内部短路的降低。
可以用任意的方式设置隔板55的厚度,只要这个厚度等于或大于可以保持必要的强度所需的厚度。优选将隔板55的厚度设置为实现正极53与负极54之间的隔离的值,防止短路等,提供通过隔板55进行优选的电池反应的离子渗透性,并且可能提高活性材料层的体积效率,这有助于电池中尽可能多的电池反应。具体来说,优选的是,隔板55的厚度是例如7μm至20μm。
[凝胶电解质层]
凝胶电解质层56含有填料、母体聚合物化合物(树脂)和非水电解液(电解液)。凝胶电解质层56为由凝胶状电解质构成的层,其中非水电解液是由母体聚合物化合物保持。当在凝胶电解质层56中含有填料时,可能提高凝胶电解质层56的强度。另外,作为填料,使用具有包括平面的形状、具有预定平面率并且具有预定折射率的颗粒以便提高凝胶电解质层56的透明度。当凝胶电解质层56是透明的时,可能解决一个问题,即,因为凝胶电解质层56是不透明的,所以电池难以确保稳定性而不牺牲其容量。
此外,术语“透明”表示具有达到一定程度的透明度的状态,其通过形成在电极(或隔板55)上的凝胶电解质层56能够视觉识别电极(在形成在隔板55上的情况下,隔板55)的轮廓。在可以通过凝胶电解质层56以不同的方式视觉识别电极(或隔板55)的轮廓的情况下,并且在轻微地视觉识别电极(或隔板55)的轮廓的情况下,这些情况也包括在术语“透明”中。其中凝胶电解质层56是半透明的,有色状态、白浊状态等发生,并且不通过凝胶电解质层56以完美的方式视觉识别电极(或隔板55)的轮廓的状态不包括在术语“透明”中。此外,当考虑到更容易确保稳定性时,其中可以通过凝胶电解质层56(透明度更高)以更为独特的方式视觉识别电极(或隔板55)的轮廓的状态是优选的。
在下文中,将提供在凝胶电解质层56中所含的填料、非水电解液和树脂的描述。
[非水电解液]
非水电解液含有电解质盐,以及使电解质盐溶解的非水溶剂。
[电解质盐]
例如,电解质盐含有一种或多种轻金属化合物,诸如锂盐。锂盐的实例包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸二锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)等。其中,选自由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂和六氟砷酸锂组成的组中的至少一种是优选的,并且六氟磷酸锂是更优选的。
[非水溶剂]
非水溶剂的实例包括内酯基溶剂,诸如γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯和ε-己内酯;碳酸酯基溶剂,诸如碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、丁二醇碳酸酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯;醚基溶剂,诸如1,2-二甲氧基乙烷、1-乙氧基-2-甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃;腈基溶剂,诸如乙腈;环丁砜基溶剂;磷酸、磷酸酯溶剂;以及非水溶剂,诸如吡咯烷酮。任何一种溶剂可以被单独使用,或两种或更多种溶剂可以被混合使用。
另外,作为非水溶剂,优选使用环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物,并且更优选的是,非水溶剂含有其中使环状碳酸酯或链状碳酸酯中氢的一部分或全部与氟素化合的化合物。作为含氟化合物,优选使用氟代碳酸乙烯酯(4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮:FEC)和二氟乙烯碳酸酯(4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮:DFEC)。这样做的原因是,即使当使用含有化合物(诸如硅(Si)、锡(Sn)和锗(Ge))作为负极活性材料的负极54时,仍可能提高充电和放电循环特性。其中,优选使用二氟乙烯碳酸酯作为非水溶剂。这样做的原因是,二氟乙烯碳酸酯在提高循环特性的效果方面是优异的。
[树脂]
作为树脂,可以使用保持电解液并且具有能够与溶剂等相容的性质的母体聚合物化合物。树脂的实例包括含氟树脂,诸如聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯;含氟橡胶,诸如偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物;橡胶,诸如丁二烯-苯乙烯共聚物和其氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物和其氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和其氢化物、甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯橡胶、聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯;纤维素衍生物,诸如乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素;树脂,诸如聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺(特别是酰胺)、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚醚、丙烯酸树脂,以及其中熔点和玻璃转换温度中的至少一个是180℃或更高的聚酯、聚乙二醇等。
[填料]
作为在凝胶电解质层56中所含的填料,从降低光散射并且提高凝胶电解质层56的透明度的观点出发,使用具有包括平面的形状、具有预定平面率并且具有预定折射率的颗粒。例如,白色无机材料的粉末(诸如氧化铝颗粒)由无色透明颗粒构成,但由于光散射现象变成白色。在本技术中,优选使用具有包括平面的形状、具有预定平面率并且具有预定折射率的颗粒作为填料,以抑制是变白的主要原因的光散射并且提高凝胶电解质层56的透明度。
颗粒的平面的实例包括通过晶粒生长发生的晶面、破裂面和解理面等中的至少一个。例如,当制备形成凝胶电解质的涂层材料时,在颗粒、树脂和稀释溶剂的混合期间通过自然破损,或在颗粒的制备期间通过有意分割进行粒度控制,形成破裂面。例如,在单晶体中的特定原子排列面中通过有意分割或自然破损形成解理面。例如,颗粒可以是单晶体、多晶体,或单晶体和多晶体的组合。
(SEM照片)
图3A图示用扫描电子显微镜(SEM)观察的具有包括平面的形状的滑石颗粒的SEM照片,以便说明具有包括平面的形状的颗粒的典型实例中的外观。图3B图示用SEM观察的具有包括平面的形状的勃姆石颗粒的SEM照片。在图3A中所示的SEM照片中,观察集中围绕滑石颗粒的解理的颗粒表面。在图3B中所示的SEM照片中,观察在勃姆石的热液合成期间被通过晶体生长形成的晶面包围的颗粒表面。
从确保凝胶电解质层56的透明度的观点出发,优选的是,颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,从进一步提高透明度的观点出发,更优选45%至100%,并且还更优选60%至100%。此外,例如,平面率可以被如下获得。
(测量平面率的方法)
在垂直于凝胶电解质层56与电极的接触表面的方向上用扫描电子显微镜(SEM)观察凝胶电解质层56,并且获得10个颗粒的照片,这些颗粒具有大小以体积计约等于50%的平均粒度(D50)的典型形状。此外,平均粒度(D50)是通过将粉末投入激光衍射粒度分析仪所测量的值,所述粉末是通过从凝胶电解质层56中去除凝胶电解质成分等而获得。接着,关于各颗粒,获得在投影面积上等于晶面、破裂面或解理面的平面的投影面积(在多个平面存在的情况下,其总面积),以计算平面的投影面积相对于所有颗粒的投影面积的百分比,然后将各颗粒的所计算的百分比的平均值设置为平面率。
(生产具有包括平面的形状的颗粒的方法)
生产具有包括平面的形状的颗粒的实例包括生长单晶体以形成平坦的晶面的生长法、通过粉碎分割晶粒的方法等。作为生长单晶体的方法,生长发生在液体中的助熔剂法、水热生长法、共沉淀法等是优选的。
在粉碎的情况下,可以例示使用具有5或更小的莫氏硬度的材料的方法、裂解特定晶格面的方法等。在这种情况下,在使材料分散于电解质的溶液(用于形成凝胶电解质层的涂层材料)的过程中,可以通过使用分散型(诸如搅拌研磨机和珠磨机)来同时执行材料的分散和材料的粉碎。
(颗粒的折射率)
从抑制光散射并且确保凝胶电解质层56的透明度的观点出发,颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4,并且优选1.3至2.1。这样做的原因是,由于通过光学折射而散射的透明度的降低被抑制,所述光学折射是由凝胶电解质与填料(颗粒)之间的折射率的差(固体的高折射率与液体的低折射率之间的差)引起的。在固体颗粒中,使用其中低折射率侧上的折射率在等于或大于1.3并且小于2.4的范围内,并且优选在1.3至2.1的范围内的颗粒,以便使固体颗粒的折射率接近凝胶电解质的折射率,由于含有液体电解液,故凝胶电解质的折射率减小。
作为颗粒,例如,可以使用至少一种无机颗粒和有机颗粒等。可以使用的无机颗粒的实例包括金属氧化物、硫酸化合物、碳酸化合物、金属氢氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氟化物、磷酸化合物、矿物等的颗粒。此外,通常,使用具有电绝缘性的颗粒,但可以使用通过使导电材料的颗粒(细粒)的表面经受用电绝缘材料的表面处理等以具有电绝缘性而获得的颗粒(细粒)。
可以优选使用的金属氧化物的实例包括二氧化硅(SiO2)、硅石(硅粉)、石英玻璃、玻璃珠、硅藻土、湿式或干式合成产物等;湿式合成产物的实例包括硅胶,并且干式合成产物的实例包括气相二氧化硅、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化镁(氧化镁,MgO)、氧化锑(Sb2O3)、氧化铝(氧化铝,Al2O3)等。
可以优选使用的硫酸化合物的实例包括硫酸镁(MgSO4)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸钡(BaSO4)、硫酸锶(SrSO4)等。可以优选使用的碳酸化合物的实例包括碳酸镁(MgCO3,菱镁矿)、碳酸钙(CaCO3,方解石)、碳酸钡(BaCO3)、碳酸锂(Li2CO3)等。可以优选使用的金属氢氧化物的实例包括氢氧化物或水合氧化物,诸如氢氧化镁(Mg(OH)2,水镁石)、氢氧化铝(Al(OH)3(三羟铝石、三水铝石))、氢氧化锌(Zn(OH)2)、勃姆石(Al2O3H2O或AlOOH,水铝石)、白炭墨(SiO2·nH2O,水合二氧化硅);氧化锆水合物(ZrO2·nH2O(n=0.5至10));以及氧化镁水合物(MgOa·mH2O(a=0.8至1.2,并且m=0.5至10));氢氧化物水合物,诸如八水氢氧化镁等。可以优选使用的金属碳化物的实例包括碳化硼(B4C)等。可以优选使用的金属氮化物的实例包括氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)等。
可以优选使用的金属氟化物的实例包括氟化锂(LiF)、氟化铝(AlF3)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)、氟化镁等。可以优选使用的磷酸化合物的实例包括磷酸三锂(Li3PO4)、磷酸镁、磷酸氢镁、多磷酸铵等。
矿物的实例包括硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、氧化物矿物等。基于晶体结构,硅酸盐矿物被分类为岛状硅酸盐矿物、俦硅酸盐矿物、环状硅酸盐矿物、链状硅酸盐矿物、分层(层状)硅酸盐矿物和架状硅酸盐矿物。此外,有一种矿物,其基于与晶体结构不同的分类标准被分类为称为石棉的纤维状硅酸盐矿物。
岛状硅酸盐矿物是由独立的Si-O四面体([SiO4]4-)构成的岛状四面体硅酸盐矿物。岛状硅酸盐矿物的实例包括等同于橄榄石的矿物、等同于石榴石的矿物等。岛状硅酸盐矿物的更具体的实例包括橄榄石(Mg2SiO4(镁橄榄石)和Fe2SiO4(铁橄榄石)的连续固溶体)、硅酸镁(镁橄榄石,Mg2SiO4)、硅酸铝(Al2SiO5,硅线石、红柱石、蓝晶石)、硅酸锌(硅锌矿,Zn2SiO4)、硅酸锆(锆石,ZrSiO4)、莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)等。
俦硅酸盐矿物是由Si-O四面体的多重键基团([Si2O7]6-和[Si5O16]12-)构成的基团结构型的硅酸盐矿物。俦硅酸盐矿物的实例包括等同于符山石和绿帘石的矿物等。
环状硅酸盐矿物是由Si-O四面体的有限(三至六个)键环体([Si3O9]6-、[Si4O12]8-和[Si6O18]12-)构成的环体型硅酸盐矿物。环状硅酸盐矿物的实例包括绿柱石、电气石等。
链状硅酸盐矿物是其中Si-O四面体的连接无限延伸,并且组成链状([Si2O6]4-)和带状([Si3O9]6-、[Si4O11]6-、[Si5O15]10-和[Si7O21]14-)的纤维状硅酸盐矿物。链状硅酸盐矿物的实例包括等同于辉石的矿物(诸如硅酸钙(钙硅石,CaSiO3))、等同于角闪石的矿物等。
分层硅酸盐矿物是组成Si-O四面体([SiO4]4-)的网状键的分层硅酸盐矿物。此外,稍后将描述分层硅酸盐矿物的具体实例。
架状硅酸盐矿物是其中Si-O四面体([SiO4]4-)组成三维网状键的三维网状结构型硅酸盐矿物。架状硅酸盐矿物的实例包括石英、长石、沸石、沸石(M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O,M代表金属元素,n代表M的化合价,x≥2并且y≥0)等的铝硅酸盐(aM2O·bAl2O3·cSiO2·dH2O,M代表金属元素,并且a、b、c和d分别是1或更大的整数)等。
石棉的实例包括温石绵、铁石棉、直闪石等。
碳酸盐矿物的实例包括白云石(CaMg(CO3)2)、水滑石(Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O))等。
氧化物矿物的实例包括尖晶石(MgAl2O4)等。
作为另一矿物,可以例示钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)等。此外,矿物可以是天然矿物或人造矿物。
此外,一些矿物被分类为粘土矿物。粘土矿物的实例包括晶体粘土矿物、非晶体或准晶体粘土矿物等。晶体粘土矿物的实例包括分层硅酸盐矿物、具有接近分层硅酸盐的结构的结构的矿物、其他硅酸盐矿物、分层碳酸盐矿物等。
分层硅酸盐矿物包括Si-O的四面体片,以及与四面体片相关联的Al-O、Mg-O的八面体片等。通常,根据四面体片和八面体片的数量、八面体的正离子的数量以及层电荷来分类分层硅酸盐。此外,分层硅酸盐矿物可以是其中层间金属离子的全部或一部分用有机铵离子等来替换的矿物等。
分层硅酸盐矿物的具体实例包括等同于具有1:1型结构的高岭石-蛇纹石族、具有2:1型结构的叶蜡石-滑石族、蒙脱石族、蛭石族、云母族、脆云母族、绿泥石族等的矿物等。
等同于高岭石-蛇纹石族的矿物的实例包括温石绵、叶蛇纹石、利蛇纹石、高岭石(Al2Si2O5(OH)4)、地开石等。等同于叶蜡石-滑石族的矿物的实例包括滑石(Mg3Si4O10(OH)2)、镍滑石、叶蜡石(Al2Si4O10(OH)2)等。等同于蒙脱石族的矿物的实例包括皂石[(Ca/2,Na)0.33(Mg,Fe2+)3(Si,Al)4O10(OH)2·4H2O]、锂蒙脱石、锌蒙脱石、蒙脱石{(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O;含有蒙脱石作为主要成分的粘土的实例被称为膨润土}、贝得石、绿脱石等。等同于云母族的矿物的实例包括白云母(KAl2(AlSi3)O10(OH)2)、绢云母、金云母、黑云母、锂云母等。等同于脆云母族的矿物的实例包括珍珠云母、绿脆云母、钡铁脆云母等。等同于绿泥石族的矿物的实例包括锂绿泥石、铝绿泥石、斜绿泥石、鲕绿泥石、镍绿泥石等。
具有接近分层硅酸盐的结构的结构的矿物的实例包括具有2:1带状结构的含水硅酸镁等,其中在围绕顶点的反向旋转期间以带形布置的四面体片连接到以带形布置的相邻四面体片。含水硅酸镁的实例包括海泡石(Mg9Si12O30(OH)6(OH2)4·6H2O)、坡缕石等。
其他硅酸盐矿物的实例包括多孔铝硅酸盐,诸如沸石(M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O,M代表金属元素,n代表M的化合价,x≥2,y≥0)、硅镁土[(Mg,Al)2Si4O10(OH)·6H2O]等。
分层碳酸盐矿物的实例包括水滑石(Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O))等。
非晶体或准晶体粘土矿物的实例包括硅铁石、伊毛缟石(Al2SiO3(OH))、水铝英石等。
这些无机颗粒可以被单独使用,或其两种以上可以被混合使用。无机颗粒具有抗氧化性能。因此,在凝胶电解质层56被提供在正极53与隔板55之间的情况下,在充电期间在正极的附近,也提供对氧化环境的强抵抗力。
颗粒可以是有机颗粒。构成有机颗粒的材料的实例包括三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸酯、磷酸三聚氰胺、交联聚甲基丙烯酸甲酯(交联PMMA)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酚树脂、环氧树脂等。这些材料可以被单独使用,或其两种或更多种可以被混合使用。
(颗粒与树脂之间的混合比)
从使凝胶电解质的折射率接近填料颗粒的折射率以进一步提高透明度的观点出发,优选的是,颗粒与树脂之间的混合比以质量比(颗粒/树脂)计为在15/85至90/10的范围内,更优选在20/80至90/10的范围内,并且还更优选在20/80至80/20的范围内。
(颗粒与电解质盐之间的混合比)
从使凝胶电解质的折射率接近填料颗粒的折射率以进一步提高透明度的观点出发,优选的是,颗粒与电解质盐之间的混合比以质量比(颗粒/电解质盐)计为在15/85至90/10的范围内,更优选在20/80至90/10的范围内,并且还更优选在20/80至80/20的范围内。
(所含的颗粒的量)
从使凝胶电解质的折射率接近填料颗粒的折射率以进一步提高透明度的观点出发,优选的是,所含的颗粒的量基于电解质的质量为5.2质量%至50.0质量%,并且更优选5.2质量%至30.8质量%。
(所含的树脂的量)
从使凝胶电解质的折射率接近填料颗粒的折射率以进一步提高透明度的观点出发,优选的是,所含的树脂的量基于电解质的质量为5.6质量%至30.8质量%,并且更优选7.7质量%至30.8质量%。另一方面,当所含的树脂的量大于30.8质量%时,电池的离子迁移阻力增加,并且输出倾向于减少。
(所含的电解质盐的量)
从使凝胶电解质的折射率接近填料颗粒的折射率以进一步提高透明度的观点出发,优选的是,所含的电解质盐的量基于电解质的质量为5.6质量%至30.8质量%,并且更优选7.7质量%至30.8质量%。另一方面,当所含的电解质盐的量大于30.8质量%时,电池的离子迁移阻力增加,并且输出倾向于减少。
[制造非水电解质电池的方法]
例如,非水电解质电池62可以被如下制造。
[制造正极的方法]
使正极活性材料、导电剂和粘合剂混合以制备正极混合物,并且使正极混合物分散于溶剂(诸如N-甲基-2-吡咯烷酮)以制备膏状正极混合浆体。接着,将正极混合浆体涂覆到正极集电体53A,并且使溶剂干燥。然后,通过使用滚压机等执行压缩成型以形成正极活性材料层53B,由此制备正极53。
[制造负极的方法]
使负极活性材料和粘合剂混合以制备负极混合物,并且使负极混合物分散于溶剂(诸如N-甲基-2-吡咯烷酮)以制备膏状负极混合浆体。接着,将负极混合浆体涂覆到负极集电体54A,并且使溶剂干燥。然后,通过使用滚压机执行压缩成型以形成负极活性材料层54B,由此制备负极54。
[非水电解液的制备]
通过使电解质盐溶解于非水溶剂中来制备非水电解液。
[非水电解质电池的组装]
将含有非水电解液、树脂、填料和稀释溶剂(碳酸二甲酯等)的前驱体溶液(涂层材料)涂覆到正极53和负极54中的至少一个的两个表面,然后使稀释溶剂挥发以形成凝胶电解质层56。然后,通过焊接将正极引线51附接到正极集电体53A的端部。另外,通过焊接将负极引线52附接到负极集电体54A的端部。
接着,通过隔板55层压凝胶电解质层56形成在上面的正极53和凝胶电解质层56形成在上面的负极54以获得层压体。然后,沿着其纵向方向卷绕层压体,并且将保护带57结合到最外层的外围部分,由此形成卷绕电极体50。
另一方面,卷绕电极体50可以被如下形成。将前驱体溶液涂覆到隔板55的两个表面中的至少一个表面,并且使稀释溶剂挥发。根据这一点,凝胶电解质层56形成在隔板55的两个表面上。此外,通过焊接预先将正极引线51附接到正极集电体53A的端部,并且通过焊接预先将负极引线52附接到负极集电体54A的端部。通过其中凝胶电解质层56形成在其两个表面上的隔板55来层压正极53和负极54以获得层压体。然后,沿着其纵向方向卷绕层压体以获得卷绕电极体50。
此外,凝胶电解质层56需要是透明的,使得通过使用拍摄单元(诸如照相机)准确抓住电极的端部等,在卷绕电极体50的形成期间,将正极53的边缘、负极54的边缘和隔板55的边缘之间的间隙相对于适当的间隙的准确性保持到高的程度。
例如,通常,通过使用例如卷绕设备(卷绕机)层压和卷绕正极53、负极54和隔板55来形成在卷绕电极体50的形成期间正极53、负极54和隔板55的层压和卷绕。此时,照相机被安装在卷绕设备中,在卷绕时的状态被拍摄(例如,对于每次旋转等),并且拍摄的图像数据被传输到图像处理设备。图像处理设备通过图像处理检测各电极和/或隔板的边缘的位置数据,并且基于例如各部件的边缘之间的位置数据的差异检测在正极53、负极54和隔板55之间是否发生卷绕偏差。在确定发生卷绕偏差的情况下,将这个确定结果反馈给卷绕设备的卷绕单元,并且控制卷绕设备的卷绕单元使得正极53、负极54和隔板55的边缘位置分别匹配正确的边缘位置。
在这种情况下,通过形成在应用对象(正极53、负极54或隔板55)上的凝胶电解质层56来执行由拍摄单元(诸如照相机)执行的对应用对象的端部的拍摄。因此,在凝胶电解质层56是不透明的情况下,不以令人满意的方式执行应用对象的边缘位置的检测,因而发生卷绕偏差。例如,在对一个面上的仅一个参考边执行边缘位置的检测,并且由于错误检测发生卷绕偏差的情况下,还有一个值得关注的问题,即与这一个参考边相对的正极和负极的边缘可能从隔板突出,因而可能发生短路。相比之下,在本技术中,由于形成在应用对象上的凝胶电解质层56是透明的,故可能解决以下问题,即不以令人满意的方式执行应用对象的边缘位置的检测,并且可能抑制卷绕偏差的发生。因此,可能避免由于电池的卷绕偏差导致的短路故障,并且可能确保稳定性。
最后,例如,将卷绕电极体50插入外包装件60的零件之间,并且通过热熔解等使外包装件60的外边缘部分彼此紧密接触,由此密封外包装件60。此时,将粘合膜61插入正极引线51、负极引线52和外包装件60之间。根据这一点,图1和图2中所示的非水电解质电池62完成。
(1-2)第二实例
在上述第一实例中,已提供非水电解质电池62的描述,其中卷绕电极体50包装有外包装件60,但如图4A至图4C中所示,层压电极体70可以用来代替卷绕电极体50。图4A是层压电极体70容纳在其中的非水电解质电池62的外观视图。图4B是图示层压电极体70容纳在外包装件60中的状态的分解透视图。图4C是图示图4A中所示的非水电解质电池62在底侧的外观的外观视图。
作为层压电极体70,使用其中矩形正极73和矩形负极74通过矩形隔板75被层压,并且由固定部件76固定的层压电极体70。此外,尽管在图中未图示,但是凝胶电解质层被提供以与正极73和负极74接触。例如,凝胶电解质层(未图示)被提供在正极73与隔板75之间,以及负极74与隔板75之间。凝胶电解质层与第一实例中的凝胶电解质层56相同。从层压电极体70引出连接到正极73的正极引线71和连接到负极74的负极引线72,并且粘合膜61被分别提供在正极引线71与外包装件60之间,以及负极引线72与外包装件60之间。
另外,尽管在图中未图示,但是正如第一实例的情况那样,通过凝胶电解质层(未图示)来层压正极73、负极74和隔板75,以在矩形正极73的四边的边缘、矩形负极74的四边的边缘和矩形隔板75的四边的边缘之间形成预定间隙的方式在其间提供凝胶电解质层。凝胶电解质层覆盖正极73的外围端面的至少一部分,以及负极74的外围端面的至少一部分。
此外,形成凝胶电解质层的方法和热熔合外包装件60的方法与第一实例中相同。另外,正如第一实例的情况那样,在层压电极体70的形成期间凝胶电解质层56是不透明的情况下,不以令人满意的方式执行边缘位置的检测,因而发生层压偏差。例如,在对仅两个相邻的参考边执行边缘位置的检测,并且由于错误检测发生层压偏差的情况下,还有一个值得关注的问题,即与两个相邻的参考边相对的正极和负极的边缘可能从隔板突出,并且可能发生短路。相比之下,在本技术中,由于形成在应用对象(电极或隔板75)上的凝胶电解质层是透明的,故可能解决以下问题,即不以令人满意的方式执行应用对象(电极或隔板75)的边缘检测。因此,可能抑制正极73、负极74和隔板75的边缘之间的间隙的偏差(层压偏差)的发生。根据这一点,可能避免电池的短路故障,并且可能确保稳定性。
2.第二实施方案
在第二实施方案中,将提供具备与第一实施方案中相同的凝胶电解质层的层压膜型的电池(非水电解质电池)的电池组的实例的描述。
电池组为简单型电池组(也被称为软包)。简单型电池组嵌入电子装置中。在简单型电池组中,电池单元、保护电路等被固定有绝缘胶带,电池单元的一部分被暴露,并且提供输出(诸如连接到电子装置主体的连接器)。
将描述简单型电池组的配置的实例。图5是图示简单型电池组的配置实例的分解透视图。图6A是图示简单型电池组的外观的示意性透视图,并且图6B是图示简单型电池组的外观的示意性透视图。
如图5和图6A和图6B中所示,简单型电池组包括电池单元101、从电池单元101引出的引线102a和102b、绝缘胶带103a至103c、绝缘板104、在上面提供保护电路(PCM;保护电路模块)的电路衬底105,以及连接器106。例如,电池单元101与第一实施方案中的非水电解质二次电池相同。
绝缘板104和电路衬底105被安置在电池单元101的前端侧的平台部分101a上,并且从电池单元101引出的引线102a和102b连接到电路衬底105。
用于输出的连接器106连接到电路衬底105。通过将绝缘胶带103a至103c粘合到预定位置来固定这些部件,诸如电池单元101、绝缘板104和电路衬底105。
<3.第三实施方案>
图7是方框图,其图示在将根据本技术的第一实施方案的电池(在下文中,适当地称为二次电池)应用于电池组的情况下的电路配置实例。电池组包括组合电池301、外部包装、具备充电控制开关302a和放电控制开关303a的开关单元304、电流检测电阻器307、温度检测元件308和控制单元310。
另外,电池组具备正极端子321和负极引线322,并且正极端子321和负极引线322在充电期间分别连接到充电器的正极端子和负极端子以进行充电。另外,在使用电子装置时,正极端子321和负极引线322连接到电子装置的正极端子和负极端子以进行放电。
通过串联和/或并联连接多个二次电池301a获得组合电池301。二次电池301a为本技术的二次电池。另外,在图7中,图示以两个并联和三个串联(2P3S)连接六个二次电池301a的情况作为实例,但除这种情况之外,任意连接方法(诸如n个并联m个串联(n和m是整数))也是可能的。
开关单元304具备充电控制开关302a和二极管302b,以及放电控制开关303a和二极管303b,并且被控制单元310控制。二极管302b具有相对于在从正极端子321到组合电池301的方向上流动的充电电流的反向极性,以及相对于在从负极引线322到组合电池301的方向上流动的放电电流的正向极性。二极管303b具有相对于充电电流的正向极性和相对于放电电流的反向极性。此外,在这个实例中,开关单元304被提供在正侧,但可以被提供在负侧。
充电控制开关302a以这样的方式被充电和放电控制单元控制:当电池电压变成过充电检测电压时,充电控制开关302a被关闭,从而充电电流不流过组合电池301的电流通路。在充电控制开关302a被关闭之后,仅通过二极管302b的放电是可能的。另外,充电控制开关302a以这样的方式被控制单元310控制:当在充电期间大电流流动时,充电控制开关302a被关闭以便阻止充电电流流过组合电池301的电流通路。
放电控制开关303a以这样的方式被控制单元310控制:当电池电压变成过放电检测电压时,放电控制开关303a被关闭,从而放电电流不流过组合电池301的电流通路。在放电控制开关303a被关闭之后,仅通过二极管303b的充电是可能的。另外,放电控制开关303a以这样的方式被控制单元310控制:当在放电期间大电流流动时,放电控制开关303a被关闭以便阻止放电电流流过组合电池301的电流通路。
例如,温度检测元件308是热敏电阻,并且被提供在组合电池301的附近,以测量组合电池301的温度并且将所测量的温度提供给控制单元310。电压检测单元311测量组合电池301和构成组合电池301的各自的二次电池301a的电压、A/D转换所测量的电压,并且所转换的电压提供给控制单元310。电流测量单元313通过使用电流检测电阻器307测量电流,并且将所测量的电流提供给控制单元310。
开关控制单元314基于从电压检测单元311和电流测量单元313输入的电压和电流控制开关单元304的充电控制开关302a和放电控制开关303a。当二次电池301a的任何一个的电压变成等于或小于过充电检测电压或过放电检测电压时,或当大电流突然流动时,开关控制单元314将控制信号传输到开关单元304以便防止过充电、过放电以及过电流充电和放电。
这里,例如,在二次电池为锂离子二次电池的情况下,过充电检测电压被定义为例如4.20V±0.05V,并且过放电检测电压被定义为例如2.4V±0.1V。
作为充电和放电开关,例如,可以使用半导体开关(诸如MOSFET)。在这种情况下,MOSFET的寄生二极管充当二极管302b和303b。在使用P沟道型FET作为充电和放电开关的情况下,开关控制单元314分别提供关于充电控制开关302a和放电控制开关303a的各自的栅极的控制信号DO和CO。在充电控制开关302a和放电控制开关303a为P沟道型开关的情况下,对于比源极电势低预定值或更大的栅极电势,开关被打开。即,在正常的充电和放电操作中,控制信号CO和DO被设置为低电平,并且充电控制开关302a和放电控制开关303a被打开。
另外,例如,在过充电或过放电期间,控制信号CO和DO被设置为高电平,并且充电控制开关302a和放电控制开关303a被关闭。
存储器317由RAM或ROM构成,例如,可擦除可编程只读存储器(EPROM),其是非易失性存储器等。在存储器317中,预先存储由控制单元310计算的值、在各自的二次电池301a的初始状态下的电池的内部电阻值(其是在制造过程阶段被测量的)等,并且这些值可以被适当地重写。另外,二次电池301a的满充容量可以存储在存储器317中,并且例如,可以结合控制单元310计算剩余容量。
在温度检测单元318中,通过使用温度检测元件308来测量温度,并且在异常发热时,执行充电和放电控制,或在剩余容量的计算期间执行校正。
<4.第四实施方案>
根据本技术的第一实施方案的电池,和根据第二实施方案和第三实施方案的具有电池的电池组可以安装在装置(诸如电子装置、电动车辆和电存储设备)上,或可以用于将电力提供给装置。
电子装置的实例包括笔记本式计算机、便携式信息终端(PDA)、蜂窝式电话、无绳话机、视频电影、数字照相机、电子书、电子字典、音乐播放器、收音机、耳机、游戏机、导航系统、存储卡、心脏起搏器、助听器、电动工具、电动剃须刀、冰箱、空调、电视机、音响、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、烘干机、照明装置、玩具、医疗装置、机器人、道路调节器、信号装置等。
另外,电动车辆的实例包括铁路车辆、高尔夫球车、电动推车、电动车辆(包括混合动力汽车)等,并且电池可以用作车辆的驱动电源或辅助电源。
电存储设备的实例包括用于从房屋或发电设施开始的建筑物的电存储的电源。
在下文中,在上述应用实例中,将描述使用应用本技术的电池的电存储设备的电存储系统的具体实例。
作为电存储系统,例如,可以例示以下配置。第一电存储系统为其中电存储设备由从再生能源执行发电的电力发电机充电的电存储系统。第二电存储系统为具备电存储设备并且将电力提供给连接到电存储设备的电子装置的电存储系统。第三电存储系统为将电力从电存储设备提供到的电子装置。这个电存储系统被执行为实现与外部电源网络合作的有效电源的系统。
另外,第四电存储系统为电动车辆,其具备将电力从电存储设备提供到的并且将电力转换为车辆的驱动力的转换设备,以及基于与电存储设备相关的信息执行与车辆控制相关的信息处理的控制设备。第五电存储系统为具备电力信息传输和接收单元的电力系统,所述电力信息传输和接收单元通过网络将信号传输到其他装置并从其他装置接收信号,并且基于由传输和接收单元接收的信息执行上述电存储设备的充电和放电控制。第六电存储系统为将电力从上述电存储设备提供到的或将电力从电力发电机或电力网提供到电存储设备的电力系统。在下文中,将描述电存储系统。
(4-1)作为应用实例的房屋电存储系统
将参照图8描述其中将使用本技术的电池的电存储设备应用于房屋电存储系统的实例。例如,在房屋401的电存储系统400中,通过电力网409、信息网络412、智能电表407、电源集线器408等将电力从集中式电源系统402(诸如热力发电402a、原子能发电402b、水力发电402c)提供到电存储设备403。另外,将来自独立电源(诸如室内的电力发电机404)的电力提供到电存储设备403。存储提供到电存储设备403的电力。通过使用电存储设备403提供在房屋401中使用的电力。相同的电存储系统也可以用于建筑物,但不限于房屋401。
电力发电机404、功耗设备405、电存储设备403、控制各设备的控制设备410、智能电表407,以及获取各条信息的传感器411被提供给房屋401。各设备由电力网409和信息网络412连接。作为电力发电机404,使用太阳能电池、燃料电池等,并且将发出的电力提供到功耗设备405和/或电存储设备403。功耗设备405的实例包括冰箱405a、空调405b、电视接收器405c、浴盆405d等。另外,功耗设备405的实例包括电动车辆406。电动车辆406的实例包括电动车辆406a、混合动力汽车406b和电动自行车406c。
本技术的电池应用于这个电存储设备403。本技术的电池可以由例如上述锂离子二次电池构成。智能电表407具有测量所用工业用电量的功能,以及将测量的所用工业用电量传输到电力公司的功能。电力网409可以是DC电源类型、AC电源类型和非接触式电源类型中的任何一个,或多个类型的组合。
各种传感器411的实例包括运动感测传感器、亮度传感器、物体感测传感器、功耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器、红外传感器等。由各种传感器411获取的信息被传输到控制设备410。通过从传感器411传输的信息来掌握天气条件、人的条件等,并且自动控制功耗设备405。因此,可能使能源消耗最小。另外,控制设备410可以通过互联网将与房屋401相关的信息传输到外部电力公司等。
过程(诸如电力线发散和DC-AC转换)由电源集线器408执行。连接到控制设备410的信息网络412的通信方法的实例包括使用通信接口(诸如通用异步接收器-收发器(UART:异步串行通信的传输和接收电路))的方法,并且可以例示使用符合无线通信标准(诸如蓝牙、ZigBee和Wi-Fi)的传感器网络的方法。蓝牙方法应用于多媒体通信并且可以执行一对多连接通信。ZigBee使用IEEE(电气和电子工程师协会)802.15.4的物理层。IEEE 802.15.4是被称为个人局域网(PAN)或无线(W)PAN的短程无线网络标准的名称。
控制设备410连接到外部服务器413。服务器413可以由房屋401、电力公司和服务供应商中的任何一个管理。传输到服务器413并且从服务器413接收的信息的实例包括功耗信息、生活模式信息、功率比、天气信息、灾难信息和与电力交易相关的信息。这些种类的信息可以传输到室内的功耗设备(例如,电视接收器)并且从这些设备被接收,并且可以传输到位于房屋外侧的设备(例如,蜂窝电话等)并且从这些设备被接收。这些种类的信息可以显示在例如具有显示功能的电视接收器、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)等上。
控制每个单元的控制设备410包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等,并且在这个实例中容纳在电存储设备403中。控制设备410通过信息网络412连接到电存储设备403、室内的电力发电机404、功耗设备405、各种传感器411和服务器413,并且具有例如调整所用工业用电量和发电量的功能。此外,除了这个功能之外,控制设备410可以具有在电力市场执行电力交易等的功能。
如上所述,室内的电力发电机404(光伏发电和风力发电)以及集中式电源系统402(诸如热力发电402a、原子能发电402b和水力发电402c)的生成的输出可以存储在电存储设备403中。因此,即使当室内的电力发电机404的生成的输出变化时,可能使传输到外侧的功率量均匀,或可能适量控制放电。例如,可以考虑下文描述的使用方法。具体来说,从光伏发电获得的电力存储在电存储设备403中,并且便宜的深夜电力也在晚上存储在电存储设备403中,然后存储在电存储设备403中的电力被放电以用于在白天价格是昂贵的时段。
另外,在这个实例中,已提供其中控制设备410容纳在电存储设备403中,但控制设备410可以容纳在智能电表407中,或可以被独立配置的实例的描述。此外,电存储系统400可以用于关于公寓式住宅的多个住宅作为目标,或可以用于多个独立式住宅作为目标。
(4-2)作为应用实例的车辆电存储系统
将参照图9描述其中本技术应用于车辆电存储系统的实例。图9示意性地图示使用本技术应用的串联式混合系统的混合动力汽车的配置实例。串联式混合系统为通过使用由发动机移动的发电机所产生的电力或暂时存储在电池中的电力用电力-驱动力转换设备行驶的车辆。
在混合驱动汽车500中,安装发动机501、发电机502、电力-驱动力转换设备503、驱动轮504a、驱动轮504b、轮505a、轮505b、电池508、车辆控制设备509、各种传感器510和充电口511。作为电池508,应用本技术的上述电池。
混合驱动汽车500通过使用作为电源的电力-驱动力转换设备503来行驶。电力-驱动力转换设备503的实例是发动机。电力-驱动力转换设备503通过电池508的电力操作,并且电力-驱动力转换设备503的扭矩被传输到驱动轮504a和504b。另外,电力-驱动力转换设备503必要时通过使用DC-AC转换或逆转换(AC-DC转换)应用于AC发动机或DC发动机。各种传感器510通过车辆控制设备509控制发动机速度或节流阀(未图示)的开度(节气门开度)。各种传感器510的实例包括速度传感器、加速度传感器、发动机速度传感器等。
发动机501的扭矩可以被传输到发电机502,并且由发电机502通过使用扭矩产生的电力可以存储在电池508中。
当混合驱动汽车500由刹车机构(未图示)减速时,在减速期间的阻力被添加到电力-驱动力转换设备503作为扭矩,并且由于扭矩由电力-驱动力转换设备503产生的再生电力存储在电池508中。
当电池508连接到混合驱动汽车500的外侧上的外部电源时,可以通过使用充电口511作为输入口将电力从外部电源提供到电池508,并且电池508可以存储被提供的电力。
尽管未图示,但是可以提供信息处理设备,其基于与二次电池相关的信息执行与车辆控制相关的信息处理。信息处理设备的实例包括基于关于电池的剩余量的信息等执行显示电池的剩余量的信息处理设备。
另外,在上文中,已提供串联式混合动力汽车的描述,作为实例,所述串联式混合动力汽车通过使用由发动机移动的发电机产生的电力或暂时存储在电池中的电力用发动机行驶。然而,本技术可以有效地应用于并联式混合动力汽车,其使用发动机的输出和电机的输出作为驱动源,并且利用三种类型的行驶,即只使用发动机的行驶、只使用电机的行驶,以及通过适当地改变这些类型使用发动机和电机的行驶。另外,本技术可以有效地应用于所谓的电动车辆,其通过只使用驱动电机的驱动而不使用发动机来行驶。
实例
在下文中,将参照实例详细描述本技术。此外,本技术不限于以下实例的配置。
<实例1-1>
[正极的制造]
将91质量%的钴酸锂(LiCoO2)作为正极活性材料、6质量%的碳黑作为导电剂,以及3质量%的聚偏二氟乙烯(PVdF)作为粘合剂进行混合以制备正极混合物,并且将正极混合物分散于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中作为分散介质,由此获得正极混合浆体。以正极集电体的一部分被暴露的方式将正极混合浆体涂覆到正极集电体的两个表面,其是由具有厚度为12μm的带状铝箔构成的。然后,使被涂覆的正极混合浆体中的分散介质蒸发和干燥,并且用滚压机执行压缩成型,由此形成正极活性材料层。最后,将正极端子附接到正极集电体的暴露部分,由此形成正极。
[负极的制造]
将具有平均粒度为20μm的96质量%的颗粒状石墨粉作为负极活性材料、1.5质量%的丁二烯-苯乙烯共聚物的丙烯酸改性产品作为粘合剂、1.5质量%的羧甲基纤维素作为增稠剂进行混合以获得负极混合物。然后,将适量水添加到负极混合物,并且搅拌所得混合物以制备负极混合浆体。以负极集电体的一部分被暴露的方式将负极混合浆体涂覆到负极集电体的两个表面,其是由具有厚度为15μm的带状铜箔构成的。接着,使被涂覆的负极混合浆体中的分散介质蒸发和干燥,然后用滚压机执行压缩成型,由此形成负极活性材料层。最后,将负极端子附接到正极集电体的暴露部分,由此形成负极。
[凝胶电解质层的形成]
使六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解质盐溶解于非水溶剂中,其中使碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸亚乙烯酯(VC)以质量比49:49:2,以浓度1mol/dm3混合,由此制备非水电解液。
随后,使用用于保持非水电解液的聚偏二氟乙烯(PVdF)作为母体聚合物化合物(树脂)。使非水电解质溶液、聚偏二氟乙烯、碳酸二甲酯(DMC)作为稀释溶剂,以及勃姆石颗粒(折射率:1.7)作为填料彼此混合以制备溶胶状前驱体溶液。
此外,前驱体溶液含有稀释溶剂(DMC),其具有与除凝胶电解质层的组成成分(勃姆石颗粒:10质量%,母体聚合物化合物(PVdF):10质量%,LiPF6:10质量%,以及非水溶剂:70质量%)之外的非水溶剂相同的质量。勃姆石颗粒与LiPF6之间的质量比(勃姆石颗粒/LiPF6)被设置为50/50,并且勃姆石颗粒与PVdF之间的质量比(勃姆石颗粒/PVdF)被设置为50/50。
随后,将前驱体溶液涂覆到正极和负极的两个表面,并且进行干燥以去除稀释溶剂(DMC)。执行调整以获得膜厚度5μm,由此在正极和负极的表面上形成凝胶电解质层。
[层压膜型的电池的组装]
按正极、隔板、负极和隔板的次序层压其中凝胶电解质层形成在其两个表面上的正极和负极,以及隔板,并且使用卷绕设备沿着其纵向方向将所得层压体在平面形状中卷绕多次。然后,卷绕端部被固定有胶带以形成卷绕电极体。此外,卷绕设备被配置成具有以下功能:将通过用照相机拍摄而获得的图像数据传输到图像处理设备、从图像数据检测正极、隔板和负极的边缘位置、反馈检测结果,以及将在宽度方向上正极、隔板和负极的位置控制为正确的位置。在卷绕设备中,相对于一个面上的仅一个参考边执行正极、隔板和负极的边缘位置的检测。在由于错误检测发生卷绕偏差的情况下,还有一个值得关注的问题,即与这一个参考边相对的正极和负极的边缘可能从隔板突出,因而可能发生短路。
接着,卷绕电极体包装有包括软铝层的层压膜,并且在卷绕电极体的外围从中引出正极端子和负极端子的层压膜的一侧,和层压膜的其他两侧在降低的压力下通过热熔解密封并且被密闭。根据这一点,制造图1中所示的层压膜型的电池,其中电池形状具有厚度4.5mm、宽度30mm和高度50mm。
<实例1-2至实例1-55>
在实例1-2至实例1-55中,以与实例1-1中相同的方式制造层压膜型的电池,除了被使用的填料改变,如下表1中所示。
<比较实例1-1>
以与实例1-1中相同的方式制造比较实例1-1的层压膜型的电池,除了不使填料(勃姆石颗粒)混合到前驱体溶液,并且形成不含有填料的凝胶电解质层。
<比较实例1-2至比较实例1-10>
在比较实例1-2至比较实例1-10中,以与实例1-1中相同的方式制造层压膜型的电池,除了被使用的填料改变,如下表1中所示。
(填料的平面率和凝胶电解质层的外观)
在上述实例和比较实例中,填料的平面率和凝胶电解质层的外观被测量和评估如下。(这对以下实例和比较实例适用)
(平面率的测量)
平面率被测量如下。在垂直于凝胶电解质层与电极的接触表面的方向上用SEM观察凝胶电解质层,获得10个颗粒的照片,这些颗粒具有大小以体积计约等于50%的平均大小(D50)的典型形状。此外,平均粒度(D50)表示通过用激光衍射粒度分析仪观察粉末测量的值,通过从凝胶电解质层56去除凝胶电解质成分等来获得所述粉末。接着,关于各颗粒,获得在投影面积上等于晶面、破裂面或解理面的平面的投影面积(在多个平面存在的情况下,其总面积),以计算平面的投影面积相对于所有颗粒的投影面积的百分比,然后将各颗粒的所计算的百分比的平均值设置为平面率。
(外观的评估)
通过目视观测来观察凝胶电解质层的外观。此外,基于透明度以逐步的方式(诸如“透明”、“几乎透明”、“接近透明”和“半透明”)来执行评估。在“透明”、“几乎透明”和“接近透明”的情况下,在任何情况下,应用对象(电极或隔板)的轮廓可以通过凝胶电解质层以完美的方式进行视觉识别。另外,根据白浊的色度程度,以逐步的方式(诸如“亮白浊”、“白浊”和“暗白浊”)来执行评估。在“亮白浊”、“白浊”、“暗白浊”和“棕色混浊”的情况下,很难通过凝胶电解质层56来视觉识别应用对象(电极或隔板)的轮廓。
(电池的评估:卷绕偏差短路检查)
如下所述,执行短路检查以便确认是否由于卷绕偏差发生短路。关于制造的电池,确认是否由于在电池初次充电时的卷绕偏差发生短路。具体来说,在发生0.5V或更大的电压下降直到在电池的初次充电被终止后24小时已经过去的情况下,这种情况被确定为短路。以这种方式,确认是否发生短路。
此外,电池被恒流充电直到在1C的恒定电流下的电池电压在23℃的气氛下达到4.2V。然后,电池在4.2V的恒定电压下被恒压充电直到总充电时间达到2.5小时。
(电池的评估:电池容量的测量)
关于在短路检查期间不发生短路的电池,电池容量被测量如下。被充电的电池通过1C的放电电流被恒流放电直到电池电压达到3.0V,并且此时的放电容量被测量并设置为电池容量。电池容量被确定必要的电池容量是否满足于被设置为参考值的所需容量1000mAh,这是制造的电池所需的。此外,在比较实例1-2至比较实例1-10中,发生短路,从而电池容量的测量是不可能的。
(电池的评估:电池弯曲试验)
制造的电池在与电池容量的测量中相同的条件下被充电。接着,如图10和图11中所示,充电电池单元被安置在以30mm的间隔平行排列的两个圆杆S上。一个圆杆S从上侧被压到电池单元的中心位置,并且用300N执行按压或直到受压部分弯曲3mm(达到其中受压部分降低3mm到下侧的状态)。在那时,用电压表(测试仪)600确认电池单元的电压。当确认电压下降了1%或更大时,短路确定被视为失败。另外,在短路的情况下,这种情况被视为“试验是不可能的”,并且其他情况被视为“通过”。
在表1中说明评估结果。
[表1]
电极结构:卷绕型的层压膜电池
如表1中所示,在实例1-1至实例1-55中,凝胶电解质含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。另一方面,在比较实例1-1中,凝胶电解质不含有颗粒,因而强度不足,并且电池弯曲试验被视为“失败”。在比较实例1-2至比较实例1-10中,凝胶电解质含有颗粒,其不具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率中的至少任何一个。因此,凝胶电解质是不透明的,并且卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“失败”。另外,发生短路,因而电池容量试验是不可能的(测量是不可能的)。
<实例2-1>
以与实例1-1相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例2-2至实例2-7>
作为填料,使用具有不同的平面率的勃姆石颗粒。将勃姆石颗粒的平面率如下调整到所需的值。在勃姆石颗粒的热液合成过程中的生长率提高以增加球面的比例,或生长率降低以增加平面率。具体来说,在实例2-2中,具有平面率为45%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例2-3中,具有平面率为50%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例2-4中,具有平面率为60%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例2-5中,具有平面率为80%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例2-6中,具有平面率为90%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例2-7中,具有平面率为100%的勃姆石颗粒被用作填料。除了上述配置之外,以与实例2-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例2-8>
以与实例1-2中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例2-9至实例2-14>
作为填料,使用具有不同的平面率的滑石颗粒。此外,在通过使用锤式粉碎机和辊轧机执行的粉碎过程中,将滑石颗粒的平面率如下调整到所需的值。锤式粉碎机的时间比例提高以增加解理面的比例,或辊轧机的时间比例提高以减少解理面的比例。
具体来说,在实例2-9中,具有平面率为45%的滑石颗粒被用作填料。在实例2-10中,具有平面率为50%的滑石颗粒被用作填料。在实例2-11中,具有平面率为60%的滑石颗粒被用作填料。在实例2-12中,具有平面率为80%的滑石颗粒被用作填料。在实例2-13中,具有平面率为90%的滑石颗粒被用作填料。在实例2-14中,具有平面率为100%的滑石颗粒被用作填料。除了上述配置之外,以与实例2-8中相同的方式制造层压膜型的电池。
<比较实例2-1至比较实例2-5>
代替勃姆石颗粒,具有不同的平面率的氧化铝颗粒被用作填料。具体来说,在比较实例2-1中,具有平面率为40%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例2-2中,具有平面率为30%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例2-3中,具有平面率为20%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例2-4中,具有平面率为10%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例2-5中,具有球形的氧化铝颗粒(平面率:0%)被用作填料。除了上述配置之外,以与实例2-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<比较实例2-6>
作为正极,使用其中正极宽度比实例2-1的正极宽度窄10%的电极。除了上述配置之外,以与比较实例2-5中相同的方式制造层压膜型的电池。
[电池的评估:卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例和比较实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表2中说明评估结果。
[表2]
电极结构:卷绕型的层压膜电池
*1:正极和负极(正极宽度变窄10%)
如表2中所示,在实例2-1至实例2-14中,凝胶电解质层含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。另一方面,在比较实例2-1至比较实例2-5中,凝胶电解质层含有颗粒,其不具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率中的至少任何一个。因此,凝胶电解质是不透明的,并且卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“失败”。另外,发生短路,因而电池容量试验是不可能的(测量是不可能的)。此外,在比较实例2-6中,正如相关技术的情况那样,正极宽度比实例2-1的正极宽度窄10%,因而卷绕偏差是大的。然而,正极、负极和隔板的各自的边缘之间的间隙也是大的,因而不发生短路。然而,电池容量没有达到所需容量1000mAh。
<实例3-1至实例3-8>
在实例3-1至实例3-8中,以与实例1-1中相同的方式制造层压膜型的电池,除了包括填料(勃姆石颗粒)、母体聚合物(PVdF)、LiPF6和非水溶剂(溶剂)(这些为凝胶电解质的组成成分)的每种成分的量改变,如下表3中所示。此外,在表3中,包括颗粒(填料)、PVdF、LiPF6和溶剂的每种成分的量是在凝胶电解质的总量(组成成分的总量)的基础上由质量百分比表示(这对下表8适用)。
<实例3-9至实例3-15>
在实例3-9至实例3-15中,以与实例1-2中相同的方式制造层压膜型的电池,除了包括填料(滑石颗粒)、母体聚合物(PVdF)、LiPF6和溶剂(这些为凝胶电解质的组成成分)的每种成分的量改变,如下表3中所示。
[电池的评估:卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表3中说明评估结果。
[表3]
电极结构:卷绕型的层压膜电池
如表3中所示,在实例3-1至实例3-15中,凝胶电解质含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。另外,确认透明度可以通过改变颗粒与母体聚合物化合物之间的比率(混合比)和/或颗粒与电解质盐之间的比率(混合比)来改变。
<实例4-1>
在实例4-1中,以与实例1-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例4-2和实例4-3>
在实例4-2和实例4-3中,构成凝胶电解质层的母体聚合物(树脂)的种类改变。在实例4-2中,聚丙烯腈(PAN)被用作母体聚合物。在实例4-3中,聚乙二醇(PEG)被用作母体聚合物。除了上述配置之外,以与实例4-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例4-4>
在实例4-4中,以与实例1-2中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例4-5和实例4-6>
在实例4-5和实例4-6中,构成凝胶电解质层的母体聚合物的种类改变。在实例4-5中,聚丙烯腈(PAN)被用作母体聚合物。在实例4-6中,聚乙二醇(PEG)被用作母体聚合物。除了上述配置之外,以与实例4-4中相同的方式制造层压膜型的电池。
[电池的评估:卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表4中说明评估结果。
[表4]
电极结构:卷绕型的层压膜电池
如表4中所示,在实例4-1至实例4-6中,凝胶电解质层含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。
<实例5-1和实例5-2>
在实例5-1和实例5-2中,正极、负极、隔板和凝胶电解质层中的每个的配置与实例1-1和实例1-2中的每个中相同,并且制造其中层压电解质体包装有层压膜的层压膜型的电池。
[层压膜型的电池的组装]
与实例1-1或实例1-2中相同的前驱体溶液被涂覆到矩形正极和负极的两个表面并且进行干燥以去除稀释溶剂,由此在正极和负极的表面上形成凝胶电解质层。接着,按正极、隔板、负极和隔板的次序层压矩形正极(其中凝胶电解质层形成在其两个表面上的电极)、矩形负极(其中凝胶电解质层形成在其两个表面上的电极)和矩形隔板,由此形成层压电极体。
此外,通过使用板层压设备来执行正极、隔板和负极的层压,所述板层压设备具有其中通过用照相机拍摄获得的图像被处理以检测矩形部件的四边的边缘位置的配置,执行在水平方向上的定位以实现部件的各四边的边缘之间的适当的间隙,然后执行层压操作。在层压设备中,相对于仅两个相邻的参考边来执行边缘位置的检测。在由于错误检测发生层压偏差的情况下,还有一个值得关注的问题,即与两个相邻的参考边相对的正极和负极的边缘可能从隔板突出,并且可能发生短路。
接着,层压电极体包装有包括软铝层的层压膜,并且在层压电极体的外围从中引出正极端子和负极端子的层压膜的一侧,和层压膜的其他三侧通过热熔解密封并且被密闭。根据这一点,制造图4中所示的层压膜型的电池,其中电池形状具有厚度4.5mm、宽度30mm和高度50mm。
[电池的评估:层压偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行层压偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表5中说明评估结果。
[表5]
电极结构:层压型的层压膜电池
如表5中所示,在实例5-1和实例5-2中,凝胶电解质层含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),层压偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。
<实例6-1至实例6-55>和<比较实例6-1至比较实例6-10>
凝胶电解质形成在隔板的两个表面上,而不是将凝胶电解质层形成在正极和负极中的每个的两个表面上。即,以与实例1-1至实例1-55和比较实例1-1至比较实例1-10中相同的方式制造层压膜型的电池,除了凝胶电解质层的形成变化如下。
[凝胶电解质层的形成]
使六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解质盐溶解于非水溶剂中,其中使碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸亚乙烯酯(VC)以质量比49:49:2,以浓度1mol/dm3混合,由此制备非水电解液。
随后,使用用于保持非水电解液的聚偏二氟乙烯(PVdF)作为母体聚合物化合物(树脂)。使非水电解质溶液、聚偏二氟乙烯、碳酸二甲酯(DMC)作为稀释溶剂,以及勃姆石颗粒(折射率:1.7)(其为无机颗粒)作为填料彼此混合以制备溶胶状前驱体溶液。
此外,前驱体溶液含有稀释溶剂(DMC),其具有与除凝胶电解质的组成成分(勃姆石颗粒:10质量%,母体聚合物化合物(PVdF):10质量%,LiPF6:10质量%,以及非水溶剂:70质量%)之外的非水溶剂相同的质量。勃姆石颗粒与LiPF6之间的质量比(勃姆石颗粒/LiPF6)被设置为50/50,并且勃姆石颗粒与PVdF之间的质量比(勃姆石颗粒/PVdF)被设置为50/50。
随后,将前驱体溶液涂覆到隔板的两个表面,并且进行干燥以去除稀释溶剂(DMC)。根据这一点,凝胶电解质层形成在隔板的表面上。
[层压膜型的电池的组装]
按正极、隔板、负极和隔板的次序层压其中凝胶电解质层形成在其两个表面上的正极、负极和隔板,并且通过使用与实例1-1中相同的卷绕设备沿着其纵向方向将所得层压体在平面形状中卷绕多次。然后,卷绕端部被固定有胶带以形成卷绕电极体。
接着,卷绕电极体包装有包括软铝层的层压膜,并且在卷绕电极体的外围从中引出正极端子和负极端子的层压膜的一侧,和层压膜的其他两侧在降低的压力下通过热熔解密封并且被密闭。根据这一点,制造图1中所示的层压膜型的电池,其中电池形状具有厚度4.5mm、宽度30mm和高度50mm。
[电池的评估:卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例和比较实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表6中说明评估结果。
[表6]
电极结构:卷绕型的层压膜电池
如表6中所示,在实例6-1至实例6-55中,凝胶电解质含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。另一方面,在比较实例6-1中,凝胶电解质不含有颗粒,因而强度不足,并且电池弯曲试验被视为“失败”。在比较实例6-2至比较实例6-10中,凝胶电解质含有颗粒,其不具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率中的至少任何一个。因此,凝胶电解质是不透明的,并且卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“失败”。另外,发生短路,因而电池容量试验是不可能的(测量是不可能的)。
<实例7-1>
以与实例6-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例7-2至实例7-7>
作为填料,使用具有不同的平面率的勃姆石颗粒。将勃姆石颗粒的平面率如下调整到所需的值。在勃姆石颗粒的热液合成过程中的生长率提高以增加球面的比例,或生长率降低以增加平面率。具体来说,在实例7-2中,具有平面率为45%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例7-3中,具有平面率为50%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例7-4中,具有平面率为60%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例7-5中,具有平面率为80%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例7-6中,具有平面率为90%的勃姆石颗粒被用作填料。在实例7-7中,具有平面率为100%的勃姆石颗粒被用作填料。除了上述配置之外,以与实例7-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例7-8>
以与实例6-2中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例7-9至实例7-14>
作为填料,使用具有不同的平面率的滑石颗粒。此外,在通过使用锤式粉碎机和辊轧机执行的粉碎过程中,将滑石颗粒的平面率如下调整到所需的值。锤式粉碎机的时间比例提高以增加解理面的比例,或辊轧机的时间比例提高以减少解理面的比例。
具体来说,在实例7-9中,具有平面率为45%的滑石颗粒被用作填料。在实例7-10中,具有平面率为50%的滑石颗粒被用作填料。在实例7-11中,具有平面率为60%的滑石颗粒被用作填料。在实例7-12中,具有平面率为80%的滑石颗粒被用作填料。在实例7-13中,具有平面率为90%的滑石颗粒被用作填料。在实例7-14中,具有平面率为100%的滑石颗粒被用作填料。除了上述配置之外,以与实例7-8中相同的方式制造层压膜型的电池。
<比较实例7-1至比较实例7-5>
代替勃姆石颗粒,具有不同的平面率的氧化铝颗粒被用作填料。具体来说,在比较实例7-1中,具有平面率为40%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例7-2中,具有平面率为30%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例7-3中,具有平面率为20%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例7-4中,具有平面率为10%的氧化铝颗粒被用作填料。在比较实例7-5中,具有球形的氧化铝颗粒(平面率:0%)被用作填料。除了上述配置之外,以与实例7-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<比较实例7-6>
作为正极,使用其中正极宽度比实例7-1的正极宽度窄10%的电极。除了上述配置之外,以与比较实例7-5中相同的方式制造层压膜型的电池。
[电池的评估:卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例和比较实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表7中说明评估结果。
[表7]
电极结构:卷绕型的层压膜电池
*1:正极和负极(正极宽度和负极宽度变窄10%)
如表7中所示,在实例7-1至实例7-14中,凝胶电解质层含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。另一方面,在比较实例7-1至比较实例7-5中,凝胶电解质层含有颗粒,其不具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率中的至少任何一个。因此,凝胶电解质层是不透明的,并且卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“失败”。另外,发生短路,因而电池容量试验是不可能的(测量是不可能的)。此外,在比较实例7-6中,正如相关技术的情况那样,正极宽度比比较实例7-5的正极宽度窄10%,因而卷绕偏差是大的。然而,正极、负极和隔板的各自的边缘之间的间隙也是大的,因而不发生短路。然而,电池容量没有达到所需容量1000mAh。
<实例8-1至实例8-8>
在实例8-1至实例8-8中,以与实例6-1中相同的方式制造层压膜型的电池,除了包括填料(勃姆石颗粒)、母体聚合物(PVdF)、LiPF6和溶剂(这些为凝胶电解质的组成成分)的每种成分的量改变,如下表8中所示。
<实例8-9至实例8-15>
在实例8-9至实例8-15中,以与实例6-2中相同的方式制造层压膜型的电池,除了包括填料(滑石颗粒)、母体聚合物(PVdF)、LiPF6和溶剂(这些为凝胶电解质的组成成分)的每种成分的量改变,如下表8中所示。
[电池的评估:卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表8中说明评估结果。
如表8中所示,在实例8-1至实例8-15中,凝胶电解质含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。另外,确认透明度可以通过改变颗粒与母体聚合物化合物之间的比率(混合比)和/或颗粒与电解质盐之间的比率(混合比)来改变。
<实例9-1>
在实例9-1中,以与实例6-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例9-2和实例9-3>
在实例9-2和实例9-3中,构成凝胶电解质层的母体聚合物(树脂)的种类改变。在实例9-2中,聚丙烯腈(PAN)被用作母体聚合物。在实例9-3中,聚乙二醇(PEG)被用作母体聚合物。除了上述配置之外,以与实例9-1中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例9-4>
在实例9-4中,以与实例9-2中相同的方式制造层压膜型的电池。
<实例9-5和实例9-6>
在实例9-5和实例9-6中,构成凝胶电解质层的母体聚合物的种类改变。在实例9-5中,聚丙烯腈(PAN)被用作母体聚合物。在实例9-6中,聚乙二醇(PEG)被用作母体聚合物。除了上述配置之外,以与实例9-4中相同的方式制造层压膜型的电池。
[电池的评估:卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行卷绕偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表9中说明评估结果。
[表9]
电极结构:卷绕型的层压膜电池
如表9中所示,在实例9-1至实例9-6中,凝胶电解质层含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。
<实例10-1和实例10-2>
在实例10-1和实例10-2中,正极、负极、隔板和凝胶电解质层中的每个的配置与实例6-1和实例6-2中的每个中相同,并且制造其中层压电解质体包装有层压膜的层压膜型的电池。
[层压膜型的电池的组装]
与实例6-1或实例6-2中相同的前驱体溶液被涂覆到矩形隔板的两个表面并且进行干燥以去除稀释溶剂,由此在隔板的两个表面上形成凝胶电解质层。接着,按正极、隔板(其中凝胶电解质层形成在其两个表面上的隔板)、负极和隔板(其中凝胶电解质层形成在其两个表面上的隔板)的次序层压矩形正极、矩形负极和矩形隔板(其中凝胶电解质层形成在其两个表面上的隔板),由此形成层压电极体。此外,通过使用与实例6-1中相同的板层压设备执行正极、隔板和负极的层压。
接着,层压电极体包装有包括软铝层的层压膜,并且在层压电极体的外围从中引出正极端子和负极端子的层压膜的一侧,和层压膜的其他三侧通过热熔解密封并且被密闭。根据这一点,制造图4中所示的层压膜型的电池,其中电池形状具有厚度4.5mm、宽度30mm和高度50mm。
[电池的评估:层压偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验]
关于各实例的制造的层压膜型的电池,以与实例1-1中相同的方式执行层压偏差短路检查、电池容量的测量和电池弯曲试验。
在表10中说明评估结果。
[表10]
电极结构:层压型的层压膜电池
如表10中所示,在实例10-1和实例10-2中,凝胶电解质层含有颗粒,其具有在预定范围内的平面率和在预定范围内的折射率。因此,外观是透明的,电池容量没有恶化(等于或大于所需容量1000mAh),卷绕偏差短路检查和电池弯曲试验被视为“通过”,并且也可以确保稳定性。
5.其他实施方案
在上文中,已参照各实施方案和实例描述本技术。然而,本技术不限于此,并且可以在本技术主旨的范围内进行各种修改。
例如,在上述实施方案和实例中例示的尺寸、结构、形状、材料、原材料、制造过程等仅为说明性的,并且必要时可以使用与例示的那些不同的其他尺寸、结构、形状、材料、原材料、制造过程等。
另外,上述实施方案和实例的配置、方法、过程、形状、材料、尺寸等可以在不脱离本技术主旨的范围内相互结合。例如,非水电解质电池可以是一次电池。
另外,本技术的电解质层也可以应用于具有其他电池结构(诸如圆柱型、扣式、方型和按钮式)的情况。
此外,本技术可以使用下面的配置。
[1]
一种电池,包括:
正极;
负极;
隔板;以及
含有颗粒、树脂和电解液的电解质,
其中所述颗粒的形状包括平面,所述颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,并且所述颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4。
[2]
根据[1]所述的电池,
其中所述电解质是透明的。
[3]
根据[1]或[2]所述的电池,
其中所述平面包括晶面、破裂面和解理面中的至少任何一个。
[4]
根据[1]至[3]中任一项所述的电池,
其中所述颗粒是无机颗粒和有机颗粒中的至少一种。
[5]
根据[4]所述的电池,
其中所述无机颗粒是选自由以下组成的组的颗粒中的至少一种:二氧化硅、氧化锌、氧化锡、氧化镁、氧化锑、氧化铝、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、碳酸锂、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、勃姆石、白炭墨、氧化锆水化物、氧化镁水合物、八水氢氧化镁、碳化硼、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氮化钛、氟化锂、氟化铝、氟化钙、氟化钡、氟化镁、磷酸三锂、磷酸镁、磷酸氢镁、多磷酸铵、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和氧化物矿物,以及
所述有机颗粒是选自由以下组成的组的颗粒中的至少一种:三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸酯、磷酸三聚氰胺、交联聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酚树脂和环氧树脂。
[6]
根据[5]所述的电池,
其中所述硅酸盐矿物是选自由以下组成的组中的至少一种:滑石、硅酸钙、硅酸锌、硅酸锆、硅酸铝、硅酸镁、高岭石、海泡石、伊毛缟石、绢云母、叶蜡石、云母、沸石、莫来石、皂石、硅镁土和蒙脱石,
所述碳酸盐矿物是选自由水滑石和白云石组成的组中的至少一种,以及
所述氧化物矿物是尖晶石。
[7]
根据[1]至[6]中任一项所述的电池,
其中所述树脂是选自由以下组成的组中的至少一种:聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物和其氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物和其氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和其氢化物、甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯橡胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、乙基纤维素、纤维素衍生物、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚醚、丙烯酸树脂、聚酯和聚乙二醇。
[8]
根据[1]至[7]中任一项所述的电池,
其中所述电解液含有电解质盐,和其中使所述电解质盐溶解的非水溶剂,以及
所述颗粒与所述树脂之间的质量比(颗粒/树脂)和所述颗粒与所述电解质盐之间的质量比(颗粒/电解质盐)中的至少一个为15/85至90/10。
[9]
根据[1]至[8]中任一项所述的电池,
其中所含的颗粒的量基于所述电解质的质量为5.6质量%至50.0质量%。
[10]
根据[1]至[9]中任一项所述的电池,
其中所含的所述树脂的量基于所述电解质的所述质量为5.6质量%至30.8质量%。
[11]
根据[1]至[10]中任一项所述的电池,
其中所述电解液含有电解质盐,和其中使所述电解质盐溶解的非水溶剂,以及
所含的所述电解质盐的量基于所述电解质的所述质量为5.6质量%至30.8质量%。
[12]
根据[1]至[11]中任一项所述的电池,
其中所述电解质是其中所述电解液由所述树脂保持的凝胶状电解质。
[13]
根据[1]至[12]中任一项所述的电池,包括:
电极体,其中所述电解质形成在所述正极和所述负极的至少一个电极的两个表面上,或所述隔板的两个表面的至少一个表面上,并且通过层压,或层压和卷绕所述正极、所述负极和所述隔板来形成。
[14]
一种电解质,含有:
颗粒;
树脂;以及
电解液,
其中所述颗粒的形状包括平面,所述颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,并且所述颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4。
[15]
一种电池组,包括:
根据[1]至[13]中任一项所述的电池;
控制所述电池的控制单元;以及
将所述电池容纳在内侧上的外部包装。
[16]
一种电子装置,包括:
根据[1]至[13]中任一项所述的电池,
其中从所述电池提供电力。
[17]
一种电动车辆,包括:
根据[1]至[13]中任一项所述的电池;
转换设备,将电力从所述电池提供到所述转换设备并且所述转换设备将所述电力转换为车辆的驱动力;以及
控制设备,其基于关于所述电池的信息执行与车辆控制相关的信息处理。
[18]
一种电存储设备,包括:
根据[1]至[13]中任一项所述的电池,
其中所述电存储设备将电力提供到连接到所述电池的电子装置。
[19]
根据[18]所述的电存储设备,进一步包括:
电力信息控制设备,其经由网络将信号传输到其他装置并且从其他装置接收信号,
其中基于由所述电力信息控制设备接收的信息执行所述电池的充电和放电控制。
[20]
一种电力系统,
其中从根据[1]至[13]中任一项所述的电池提供电力,或将所述电力从电力发电机或电力网提供到所述电池。
参考符号列表
50 卷绕电极体
51 正极引线
52 负极引线
53 正极
53A 正极集电体
53B 正极活性材料层
54 负极
54A 负极集电体
54B 负极活性材料层
55 隔板
56 凝胶电解质层
57 保护带
60 外包装件
61 粘合膜
70 层压电极体
71 正极引线
72 负极引线
73 正极
74 负极
75 隔板
76 固定部件
101 电池单元
101a 平台部分
102a、102b 引线
103a-103c 绝缘胶带
104 绝缘板
105 电路衬底
106 连接器
301 组合电池
301a 二次电池
302a 充电控制开关
302b 二极管
303a 放电控制开关
303b 二极管
304 开关单元
307 电流检测电阻器
308 温度检测元件
310 控制单元
311 电压检测单元
313 电流测量单元
314 开关控制单元
317 存储器
318 温度检测单元
321 正极端子
322 负极端子
400 电存储系统
401 房屋
402 集中式电源系统
402a 热力发电
402b 原子能发电
402c 水力发电
403 电存储设备
404 电力发电机
405 功耗设备
405a 冰箱
405b 空调
405c 电视接收器
405d 浴盆
406 电动车辆
406a 电动车辆
406b 混合动力汽车
406c 电动自行车
407 智能电表
408 电源集线器
409 电力网
410 控制设备
411 传感器
412 信息网络
413 服务器
500 混合驱动汽车
501 发动机
502 发电机
503 电力-驱动力转换设备
504a 驱动轮
504b 驱动轮
505a 轮
505b 轮
508 电池
509 车辆控制设备
510 传感器
511 充电口。

Claims (21)

1.一种电池,包含:
正极;
负极;
隔板;以及
含有颗粒、树脂和电解液的凝胶状电解质,
其中所述颗粒的形状包括平面,所述颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,并且所述颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4,
其中,所述平面率为各颗粒的计算的百分比的平均值。
2.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解质是透明的。
3.根据权利要求1所述的电池,
其中所述平面包括晶面、破裂面和解理面中的至少任一个。
4.根据权利要求1所述的电池,
其中所述颗粒是无机颗粒和有机颗粒中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的电池,
其中所述无机颗粒是选自由以下组成的组的颗粒中的至少一种:二氧化硅、氧化锌、氧化锡、氧化镁、氧化锑、氧化铝、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、碳酸锂、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、勃姆石、白炭墨、氧化锆水化物、氧化镁水合物、八水氢氧化镁、碳化硼、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氮化钛、氟化锂、氟化铝、氟化钙、氟化钡、氟化镁、磷酸三锂、磷酸镁、磷酸氢镁、多磷酸铵、和硅酸盐矿物,以及
所述有机颗粒是选自由以下组成的组的颗粒中的至少一种:三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸酯、磷酸三聚氰胺、交联聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、酚树脂和环氧树脂。
6.根据权利要求4所述的电池,
其中所述无机颗粒是选自由以下组成的组的颗粒中的至少一种:硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、勃姆石、白炭墨、氧化锆水化物、氧化镁水合物、八水氢氧化镁、碳化硼、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氮化钛、氟化锂、氟化铝、氟化钙、氟化钡、氟化镁、磷酸三锂、磷酸镁、磷酸氢镁、多磷酸铵、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和氧化物矿物,以及
所述有机颗粒是选自由以下组成的组的颗粒中的至少一种:三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸酯、磷酸三聚氰胺、交联聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、酚树脂和环氧树脂。
7.根据权利要求5所述的电池,
其中所述硅酸盐矿物是选自由以下组成的组中的至少一种:滑石、硅酸钙、硅酸锌、硅酸锆、硅酸铝、硅酸镁、高岭石、海泡石、伊毛缟石、绢云母、叶蜡石、云母、沸石、莫来石、皂石、硅镁土和蒙脱石。
8.根据权利要求6所述的电池,
其中所述硅酸盐矿物是选自由以下组成的组中的至少一种:滑石、硅酸钙、硅酸锌、硅酸锆、硅酸铝、硅酸镁、高岭石、海泡石、伊毛缟石、绢云母、叶蜡石、云母、沸石、莫来石、皂石、硅镁土和蒙脱石,
所述碳酸盐矿物是选自由水滑石和白云石组成的组中的至少一种,以及
所述氧化物矿物是尖晶石。
9.根据权利要求1所述的电池,
其中所述树脂是选自由以下组成的组中的至少一种:聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物和其氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物和其氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和其氢化物、甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯橡胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、乙基纤维素、纤维素衍生物、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚醚、丙烯酸树脂、其中熔点和玻璃转换温度中的至少一个是180℃或更高的聚酯、和聚乙二醇。
10.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解液含有电解质盐,和其中使所述电解质盐溶解的非水溶剂,以及
所述颗粒与所述树脂之间的质量比和所述颗粒与所述电解质盐之间的质量比中的至少一个为15/85至90/10。
11.根据权利要求1所述的电池,
其中所含的颗粒的量基于所述电解质的质量为5.6质量%至50.0质量%。
12.根据权利要求1所述的电池,
其中所含的所述树脂的量基于所述电解质的质量为5.6质量%至30.8质量%。
13.根据权利要求1所述的电池,
其中所述电解液含有电解质盐,和其中使所述电解质盐溶解的非水溶剂,以及
所含的所述电解质盐的量基于所述电解质的质量为5.6质量%至30.8质量%。
14.根据权利要求1所述的电池,其中,
通过层压,或层压和卷绕所述正极、所述负极和所述隔板来形成其中所述电解质形成在所述正极和所述负极的至少一个电极的两个表面上或所述隔板的两个表面的至少一个表面上的电极体。
15.一种凝胶状电解质,含有:
颗粒;
树脂;以及
电解液,
其中所述颗粒的形状包括平面,所述颗粒的平面率大于40%并且等于或小于100%,并且所述颗粒的折射率等于或大于1.3并且小于2.4,
其中,所述平面率为各颗粒的计算的百分比的平均值。
16.一种电池组,包含:
根据权利要求1所述的电池;
控制所述电池的控制单元;以及
将所述电池容纳在内侧上的外部包装。
17.一种电子装置,包含:
根据权利要求1所述的电池,
其中从所述电池提供电力。
18.一种电动车辆,包含:
根据权利要求1所述的电池;
转换设备,将电力从所述电池提供到所述转换设备并且所述转换设备将所述电力转换为车辆的驱动力;以及
控制设备,其基于关于所述电池的信息执行与车辆控制相关的信息处理。
19.一种电存储设备,包含:
根据权利要求1所述的电池,
其中所述电存储设备将电力提供到连接到所述电池的电子装置。
20.根据权利要求19所述的电存储设备,进一步包含:
电力信息控制设备,其经由网络将信号传输到其他装置并且从其他装置接收信号,
其中基于由所述电力信息控制设备接收的信息执行所述电池的充电和放电控制。
21.一种电力系统,包括根据权利要求1所述的电池,
其中从所述电池提供电力,或将所述电力从电力发电机或电力网提供到所述电池。
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