JP5261961B2 - Secondary battery positive electrode, secondary battery negative electrode, secondary battery, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池、及び、これを搭載してなる車両に関する。 The present invention relates to a secondary battery and a vehicle including the same.
二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池)は、ポータブル機器や携帯機器などの電源として、また、電気自動車やハイブリッド自動車など車両の電源として注目されている。この二次電池では、活物質などの電極原料粉末及びバインダを混合してなる電極合材層を、集電板の表面上に積層して、電極(正極及び負極)を形成している。近年、二次電池の特性を向上させるべく、様々な電極が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
Secondary batteries (for example, lithium ion secondary batteries) are attracting attention as power sources for portable devices and portable devices, and as power sources for vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles. In this secondary battery, an electrode mixture layer formed by mixing an electrode raw material powder such as an active material and a binder is laminated on the surface of a current collector plate to form an electrode (positive electrode and negative electrode). In recent years, various electrodes have been proposed in order to improve the characteristics of secondary batteries (see, for example,
特許文献1では、電極合材層内のバインダの濃度を、集電板近くにおいて高くなるようにした、二次電池用電極が提案されている。具体的には、集電板の表面から集電板の厚み方向外側に向かって順に積層された2つの電極合材層を有し、集電板側に位置する下層のバインダ濃度を、外側に位置する上層のバインダ濃度よりも高くした二次電池用電極が開示されている。詳細には、負極として、下層のバインダ濃度を10wt%とし、上層のバインダ濃度を4〜9wt%に調整した負極が開示されている。また、正極として、下層のバインダ濃度を8wt%とし、上層のバインダ濃度を3〜7.2wt%に調整した正極が開示されている。
このように、集電板側に位置する(集電板に接する)下層のバインダ濃度を高くすることで、集電板と電極合材層との密着性が高くなると記載されている。しかも、上層のバインダ濃度を低くしているので、電極合材層全体でバインダ濃度を抑制することができる。これにより、二次電池の充放電特性や寿命を向上させることができると記載されている。 Thus, it is described that the adhesiveness between the current collector plate and the electrode mixture layer is increased by increasing the binder concentration in the lower layer located on the current collector plate side (in contact with the current collector plate). Moreover, since the binder concentration of the upper layer is lowered, the binder concentration can be suppressed in the entire electrode mixture layer. Thus, it is described that the charge / discharge characteristics and life of the secondary battery can be improved.
特許文献2には、炭素材料を含む負極合材層(塗布層)を2層以上とし、集電体に接する負極合材層(下層)に含まれる炭素材料として、比表面積が2m2/g以下の炭素材料を用い、且つ、その負極合材層の厚みを20〜100μmの範囲とした、リチウムイオン二次電池用負極が開示されている。
このように、炭素材料の比表面積が2m2/g以下の炭素材料を下層に含有させることで、炭素材料の表面に吸着されるバインダを抑制することができる。これにより、炭素材料と集電体との接着に有効なバインダを十分に存在させることができるので、集電体と炭素材料との密着性に優れた負極板を提供できると記載されている。さらに、上層に、比表面積の大きな高放電容量の炭素材料を含む負極合材層を積層することで、高放電容量の負極板を得ることができると記載されている。
Thus, the binder adsorbed on the surface of the carbon material can be suppressed by containing the carbon material having a specific surface area of 2 m 2 / g or less in the lower layer. Accordingly, it is described that a binder effective for adhesion between the carbon material and the current collector can be sufficiently present, so that a negative electrode plate having excellent adhesion between the current collector and the carbon material can be provided. Further, it is described that a negative electrode plate having a high discharge capacity can be obtained by laminating a negative electrode mixture layer containing a carbon material having a large specific surface area and a high discharge capacity on the upper layer.
ところで、近年、出力特性が良好で、且つサイクル寿命特性が良好な二次電池が求められている。特に、電気自動車やハイブリッド自動車など車両の電源として、そのような二次電池の要求が高まっている。
これに対し、特許文献1及び特許文献2で提案されている二次電池用電極を用いることで、二次電池の放電容量を高めることはできるが、出力特性やサイクル寿命特性を高めることができなかった。特に、電気自動車やハイブリッド自動車など車両の電源として要求されている出力特性やサイクル寿命特性は高く、これを満足させることはできなかった。
By the way, in recent years, a secondary battery having good output characteristics and good cycle life characteristics has been demanded. In particular, there is an increasing demand for such secondary batteries as power sources for vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles.
In contrast, by using the secondary battery electrode proposed in
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、二次電池の出力特性及びサイクル寿命特性を良好にすることができる二次電池用正極、二次電池用負極、出力特性が良好で、且つサイクル寿命特性が良好な二次電池、及び、出力特性が良好で、且つサイクル寿命特性が良好な電源を備えた車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the current situation, and the secondary battery positive electrode, the secondary battery negative electrode, and the output characteristics that can improve the output characteristics and cycle life characteristics of the secondary battery are good. Another object of the present invention is to provide a secondary battery having good cycle life characteristics and a vehicle equipped with a power source having good output characteristics and good cycle life characteristics.
その解決手段は、正極及び負極を備える二次電池であって、上記正極は、正極集電板と、上記正極集電板上に積層され、正極原料粉末及び正極バインダを含む複数の正極合材層であって、上記複数の正極合材層のうち最も上記正極集電板側に位置する最内側正極合材層にかかる上記正極バインダの含有率(wt%)を、他の正極合材層に比べて高くし、且つ、6wt%以上7wt%以下としてなる正極合材層と、を有し、上記最内側正極合材層の厚みが、積層された上記正極合材層全体の厚みの1/10以上1/2以下であり、上記負極は、負極集電板と、上記負極集電板上に積層され、負極原料粉末及び負極バインダを含む複数の負極合材層であって、上記複数の負極合材層のうち最も上記負極集電板側に位置する最内側負極合材層にかかる上記負極バインダの含有率(wt%)を、他の負極合材層に比べて高くし、且つ、3wt%以上4wt%以下としてなる負極合材層と、を有し、上記最内側負極合材層の厚みが、積層された上記負極合材層全体の厚みの1/20以上1/2以下である二次電池である。
The solution is a secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode, wherein the positive electrode is stacked on the positive electrode current collector plate and the positive electrode current collector plate, and includes a plurality of positive electrode mixture materials including a positive electrode raw material powder and a positive electrode binder. The positive electrode binder content (wt%) of the innermost positive electrode mixture layer located closest to the positive electrode current collector plate among the plurality of positive electrode mixture layers is determined as another positive electrode mixture layer. and higher than that, and, possess a positive-electrode mixture layer formed as less than 6 wt% 7 wt%, and the thickness of the innermost positive electrode material layer laminated above positive-electrode mixture layer
二次電池では、正極合材層(正極活物質など)と負極合材層(負極活物質など)との間における、電解液を通じたイオンのやり取りにより、充放電が行われる。例えば、リチウムイオン二次電池では、正極合材層(正極活物質)と負極合材層(負極活物質)との間における、電解液を通じたLiイオンのやり取りにより、充放電が行われる。従って、充放電に伴って、正極活物質と電解液との間でイオンをやり取りする際、正極合材層中に正極バインダが少ないほうが、イオンのやり取りが迅速に行われ、出力特性が良好になる。
一方、正極合材層中の正極バインダを少なくし過ぎると、正極合材層と正極集電板との結着力が低くなり、長期の使用に伴い、正極合材層が正極集電板から剥離してしまう虞がある。
In a secondary battery, charge and discharge are performed by exchange of ions through an electrolytic solution between a positive electrode mixture layer (such as a positive electrode active material) and a negative electrode mixture layer (such as a negative electrode active material). For example, in a lithium ion secondary battery, charging / discharging is performed by exchange of Li ions through an electrolytic solution between a positive electrode mixture layer (positive electrode active material) and a negative electrode mixture layer (negative electrode active material). Therefore, when ions are exchanged between the positive electrode active material and the electrolyte solution in accordance with charge / discharge, the fewer the positive electrode binder in the positive electrode mixture layer, the faster the ions are exchanged and the better the output characteristics. Become.
On the other hand, if the positive electrode binder in the positive electrode mixture layer is reduced too much, the binding force between the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector plate becomes low, and the positive electrode mixture layer peels off from the positive electrode current collector plate with long-term use. There is a risk of it.
これに対し、本発明の二次電池では、正極集電板上に積層された複数の正極合材層を備え、複数の正極合材層のうち最も正極集電板側に位置する最内側正極合材層について、他の正極合材層よりも、正極バインダの含有率(wt%)を高くしている。すなわち、最内側正極合材層(正極集電板と直接結着する正極合材層)については、正極バインダの含有率を高くすることで正極集電板との結着力を高めることができる。一方、正極集電板と直接結着しない他の正極合材層について、最内側正極合材層よりも正極バインダの含有率を低くすることで、正極合材層の全体として正極バインダの含有率を抑制できるので、電池全体として出力特性を良好にすることができる。 On the other hand, the secondary battery of the present invention includes a plurality of positive electrode mixture layers laminated on the positive electrode current collector plate, and is the innermost positive electrode located closest to the positive electrode current collector plate among the plurality of positive electrode mixture layers. About the composite material layer, the content rate (wt%) of a positive electrode binder is made higher than other positive electrode composite material layers. That is, for the innermost positive electrode mixture layer (the positive electrode mixture layer directly bonded to the positive electrode current collector plate), the binding force with the positive electrode current collector plate can be increased by increasing the content of the positive electrode binder. On the other hand, the content of the positive electrode binder layer as a whole of the positive electrode mixture layer is lower than the innermost positive electrode mixture layer for the other positive electrode mixture layers that are not directly bonded to the positive electrode current collector plate. Therefore, the output characteristics of the battery as a whole can be improved.
特に、本発明の二次電池では、最内側正極合材層について、正極バインダの含有率を6wt%以上7wt%以下としている。
最内側正極合材層の正極バインダの含有率を6wt%以上とすることで、正極合材層と正極集電板とを強固に結着することができ、長期間繰り返し使用しても、正極合材層と正極集電板との結合を維持することができる。これにより、サイクル寿命特性が良好となる。
In particular, in the secondary battery of the present invention, the content of the positive electrode binder in the innermost positive electrode mixture layer is 6 wt% or more and 7 wt% or less.
By setting the content of the positive electrode binder in the innermost positive electrode composite material layer to 6 wt% or more, the positive electrode composite material layer and the positive electrode current collector plate can be firmly bonded. Bonding between the composite material layer and the positive electrode current collector plate can be maintained. Thereby, cycle life characteristics become favorable.
ところで、最内側正極合材層の正極バインダの含有率を高めるほど、正極合材層と正極集電板とを強固に結着できるが、正極バインダの含有率が高すぎると、最内側正極合材層内においてイオンの動きが妨げられるので、電池全体として出力特性が低下し、サイクル寿命特性も低下する。 By the way, as the content of the positive electrode binder in the innermost positive electrode mixture layer is increased, the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector plate can be strongly bonded. However, if the content of the positive electrode binder is too high, Since the movement of ions in the material layer is hindered, the output characteristics of the battery as a whole are lowered, and the cycle life characteristics are also lowered.
これに対し、本発明の二次電池では、最内側正極合材層について、正極バインダの含有率を7wt%以下に抑制している。これにより、正極合材層と正極集電板とを強固に結着しつつも、他の正極合剤層と共に最内側正極合材層においてもイオンの動きをスムーズにできるので、出力特性とサイクル寿命特性のいずれについても良好にすることができる。
なお、正極原料粉末としては、例えば、正極活物質や導電材などを挙げることができる。
On the other hand, in the secondary battery of the present invention, the content of the positive electrode binder is suppressed to 7 wt% or less for the innermost positive electrode mixture layer. As a result, while firmly bonding the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector plate, the movement of ions can be smoothly performed in the innermost positive electrode mixture layer together with other positive electrode mixture layers, so that the output characteristics and cycle can be improved. Any of the life characteristics can be improved.
In addition, as a positive electrode raw material powder, a positive electrode active material, a electrically conductive material, etc. can be mentioned, for example.
ところで、正極集電板と直接結着する最内側正極合材層の正極バインダの含有率を6wt%以上に高めても、正極合材層全体の厚みに対する最内側正極合材層の厚みの割合が低ければ、正極合材層全体の固着に寄与する最内側正極合材層の厚みが薄すぎて、正極合材層の全体を正極集電板に強固に結着できなくなる。 By the way, even if the content of the positive electrode binder in the innermost positive electrode mixture layer directly bonded to the positive electrode current collector plate is increased to 6 wt% or more, the ratio of the thickness of the innermost positive electrode mixture layer to the total thickness of the positive electrode mixture layer Is low, the thickness of the innermost positive electrode mixture layer contributing to the fixation of the entire positive electrode mixture layer is too thin, and the entire positive electrode mixture layer cannot be firmly bonded to the positive electrode current collector plate.
これに対し、本発明の二次電池では、正極バインダの含有率を6wt%以上7wt%以下とした最内側正極合材層の厚みを、正極合材層全体の厚みの1/10以上としている。これにより、正極合材層全体の固着に寄与する最内側正極合材層の厚みを十分に確保できるので、最内側正極合材層により正極合材層全体を正極集電板に強固に結着することができる。従って、本発明の二次電池は、サイクル寿命特性が良好になる。 On the other hand, in the secondary battery of the present invention, the thickness of the innermost positive electrode mixture layer in which the positive electrode binder content is 6 wt% or more and 7 wt% or less is 1/10 or more of the total thickness of the positive electrode mixture layer. . As a result, the thickness of the innermost positive electrode mixture layer that contributes to the fixation of the entire positive electrode mixture layer can be secured sufficiently, so that the entire positive electrode mixture layer is firmly bonded to the positive electrode current collector plate by the innermost positive electrode mixture layer. can do. Therefore, the secondary battery of the present invention has good cycle life characteristics.
これとは反対に、正極合材層全体の厚みに対する最内側正極合材層の厚みの割合が高すぎると、正極合材層全体における正極バインダの絶対量が多すぎて、正極合材層中において、イオンの移動が正極バインダにより大きく妨げられてしまう。 On the contrary, if the ratio of the thickness of the innermost positive electrode mixture layer to the total thickness of the positive electrode mixture layer is too high, the absolute amount of the positive electrode binder in the entire positive electrode mixture layer is too large, In this case, the movement of ions is largely hindered by the positive electrode binder.
これに対し、本発明の二次電池では、正極バインダの含有率を6wt%以上7wt%以下とした最内側正極合材層の厚みを、正極合材層全体の厚みの1/2以下に抑制している。これにより、正極合材層全体における正極バインダの絶対量を抑制し、充放電の際の正極合材層中におけるイオンの移動をスムーズにすることができるので、出力特性も良好になる。
さらに、本発明の二次電池は、負極集電板上に積層された複数の負極合材層を備え、複数の負極合材層のうち最も負極集電板側に位置する最内側負極合材層について、他の負極合材層よりも、負極バインダの含有率(wt%)を高くしている。すなわち、最内側負極合材層(負極集電板と直接結着する負極合材層)については、負極バインダの含有率を高くすることで負極集電板との結着力を高めることができる。一方、負極集電板と直接結着しない他の負極合材層について、最内側負極合材層よりも負極バインダの含有率を低くすることで、負極合材層全体として負極バインダの含有率を抑制できるので、電池全体として出力特性を良好にすることができる。
特に、本発明の二次電池では、最内側負極合材層について、負極バインダの含有率を3wt%以上4wt%以下としている。
最内側負極合材層の負極バインダの含有率を3wt%以上とすることで、負極合材層と負極集電板とを強固に結着することができ、長期間繰り返し使用しても、負極合材層と負極集電板との結合を維持することができる。これにより、サイクル寿命特性が良好となる。特に、最内側正極合材層の正極バインダの含有率を4wt%以上とし、且つ、最内側負極合材層の負極バインダの含有率を3wt%以上とした二次電池では、より一層、サイクル寿命特性が良好となる。
ところで、最内側正極合材層の負極バインダの含有率を高めるほど、負極合材層と負極集電板とを強固に結着できるが、負極バインダの含有率が高すぎると、最内側負極合材層内においてイオンの動きが妨げられるので、電池全体として出力特性が低下し、サイクル寿命特性も低下する。
これに対し、本発明の二次電池では、最内側負極合材層について、負極バインダの含有率を4wt%以下に抑制している。これにより、負極合材層と負極集電板とを強固に結着しつつ、他の負極合剤層と共に最内側負極合材層においてもイオンの動きをスムーズにできるので、出力特性とサイクル寿命特性のいずれについても良好にすることができる。特に、最内側正極合材層の正極バインダの含有率を7wt%以下に抑制し、且つ、最内側負極合材層の負極バインダの含有率を4wt%以下に抑制した二次電池では、出力特性とサイクル寿命特性のいずれについても、より一層良好にすることができる。
なお、負極原料粉末としては、例えば、負極活物質や水素吸蔵合金や導電材などを挙げることができる。
さらに、本発明の二次電池では、負極バインダの含有率を3wt%以上4wt%以下とした最内側負極合材層の厚みを、負極合材層全体の厚みの1/20以上としている。これにより、負極合材層全体の固着に寄与する最内側負極合材層の厚みを十分に確保できるので、最内側負極合材層により負極合材層全体を負極集電板に強固に結着することができる。従って、本発明の二次電池は、サイクル寿命特性が良好になる。
さらに、本発明の二次電池では、負極バインダの含有率を3wt%以上4wt%以下とした最内側負極合材層の厚みを、負極合材層全体の厚みの1/2以下に抑制している。これにより、負極合材層全体における負極バインダの絶対量を抑制し、充放電の際の負極合材層中におけるイオンの移動をスムーズにすることができるので、出力特性も良好になる。
In contrast, in the secondary battery of the present invention, the thickness of the innermost positive electrode mixture layer in which the positive electrode binder content is 6 wt% or more and 7 wt% or less is suppressed to ½ or less of the total thickness of the positive electrode mixture layer. doing. Thereby, since the absolute amount of the positive electrode binder in the whole positive electrode mixture layer can be suppressed and the movement of ions in the positive electrode mixture layer during charging and discharging can be made smooth, the output characteristics are also improved.
Furthermore, the secondary battery of the present invention includes a plurality of negative electrode mixture layers laminated on the negative electrode current collector plate, and is an innermost negative electrode mixture material that is located closest to the negative electrode current collector plate among the plurality of negative electrode mixture layers. About the layer, the content rate (wt%) of the negative electrode binder is made higher than the other negative electrode mixture layers. That is, for the innermost negative electrode mixture layer (negative electrode mixture layer directly bonded to the negative electrode current collector plate), the binding force with the negative electrode current collector plate can be increased by increasing the content of the negative electrode binder. On the other hand, for the other negative electrode mixture layers that are not directly bonded to the negative electrode current collector plate, the content of the negative electrode binder as a whole of the negative electrode mixture layer is reduced by lowering the negative electrode binder content than the innermost negative electrode mixture layer. Since it can suppress, the output characteristic as a whole battery can be made favorable.
In particular, in the secondary battery of the present invention, the content of the negative electrode binder in the innermost negative electrode mixture layer is 3 wt% or more and 4 wt% or less.
By setting the content of the negative electrode binder in the innermost negative electrode mixture layer to 3 wt% or more, the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector plate can be firmly bonded. Bonding between the composite layer and the negative electrode current collector plate can be maintained. Thereby, cycle life characteristics become favorable. In particular, in the secondary battery in which the content of the positive electrode binder in the innermost positive electrode mixture layer is 4 wt% or more and the content of the negative electrode binder in the innermost negative electrode mixture layer is 3 wt% or more, the cycle life is further increased. Good characteristics.
By the way, as the content of the negative electrode binder in the innermost positive electrode mixture layer is increased, the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector plate can be strongly bonded. However, if the content of the negative electrode binder is too high, Since the movement of ions in the material layer is hindered, the output characteristics of the battery as a whole are lowered and the cycle life characteristics are also lowered.
On the other hand, in the secondary battery of the present invention, the content of the negative electrode binder is suppressed to 4 wt% or less for the innermost negative electrode mixture layer. As a result, the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector plate are firmly bonded, and the movement of ions can be smoothly performed in the innermost negative electrode mixture layer together with the other negative electrode mixture layers, so that the output characteristics and cycle life are increased. Any of the characteristics can be improved. In particular, in a secondary battery in which the content of the positive electrode binder in the innermost positive electrode mixture layer is suppressed to 7 wt% or less and the content of the negative electrode binder in the innermost negative electrode mixture layer is suppressed to 4 wt% or less, the output characteristics And cycle life characteristics can be made even better.
In addition, as negative electrode raw material powder, a negative electrode active material, a hydrogen storage alloy, a electrically conductive material etc. can be mentioned, for example.
Furthermore, in the secondary battery of the present invention, the thickness of the innermost negative electrode mixture layer in which the content of the negative electrode binder is 3 wt% or more and 4 wt% or less is 1/20 or more of the total thickness of the negative electrode mixture layer. As a result, the thickness of the innermost negative electrode mixture layer that contributes to the fixation of the entire negative electrode mixture layer can be sufficiently secured, so that the entire negative electrode mixture layer is firmly bonded to the negative electrode current collector plate by the innermost negative electrode mixture layer. can do. Therefore, the secondary battery of the present invention has good cycle life characteristics.
Furthermore, in the secondary battery of the present invention, the thickness of the innermost negative electrode mixture layer in which the content of the negative electrode binder is 3 wt% or more and 4 wt% or less is suppressed to ½ or less of the total thickness of the negative electrode mixture layer. Yes. Thereby, the absolute amount of the negative electrode binder in the entire negative electrode mixture layer can be suppressed, and the movement of ions in the negative electrode mixture layer during charge / discharge can be made smooth, so that the output characteristics are also improved.
さらに、上記いずれかの二次電池であって、積層された前記正極合材層全体の厚みが、50μm以下である二次電池とすると良い。 Furthermore, it is preferable that the secondary battery be any one of the above-described secondary batteries, in which the thickness of the stacked positive electrode mixture layer as a whole is 50 μm or less.
本発明の二次電池では、正極合材層全体の厚みを50μm以下としている。正極合材層全体の厚みを50μm以下と薄くすることで、充放電の際、正極合材層と電解液との間におけるイオンの移動が極めて迅速になる。従って、本発明の二次電池は、高出力な二次電池となる。本発明の二次電池は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電源として、十分に使用することができる。 In the secondary battery of the present invention, the entire thickness of the positive electrode mixture layer is 50 μm or less. By reducing the thickness of the entire positive electrode mixture layer to 50 μm or less, the movement of ions between the positive electrode mixture layer and the electrolytic solution becomes extremely quick during charging and discharging. Therefore, the secondary battery of the present invention is a high output secondary battery. The secondary battery of the present invention can be sufficiently used as a power source for, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle.
さらに、上記いずれかの二次電池であって、前記複数の正極合材層のうち、最も外側に位置する最外側正極合材層は、前記正極バインダの含有率を2wt%以下としてなる二次電池とすると良い。 Furthermore, in the secondary battery according to any one of the above, the outermost positive electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of positive electrode mixture layers has a secondary binder content of 2 wt% or less. Use batteries.
充放電の際、正極合材層と電解液との間でのイオンのやり取りは、複数の正極合材層のうち、最も外側に位置する最外側正極合材層において、最も活発に行われる。従って、正極合材層全体のうち、特に、最外側正極合材層の正極バインダの含有率を低くすることで、出力特性を飛躍的に向上させることができる。本発明の二次電池では、最外側正極合材層について、正極バインダの含有率を2wt%以下と極めて低くしているので、出力特性が飛躍的に向上し、高出力な二次電池となる。 During charge / discharge, the exchange of ions between the positive electrode mixture layer and the electrolyte is most actively performed in the outermost positive electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of positive electrode mixture layers. Therefore, in particular, by reducing the content of the positive electrode binder in the outermost positive electrode mixture layer in the entire positive electrode mixture layer, the output characteristics can be drastically improved. In the secondary battery of the present invention, since the content of the positive electrode binder is extremely low at 2 wt% or less in the outermost positive electrode mixture layer, the output characteristics are remarkably improved, resulting in a high output secondary battery. .
さらに、上記いずれかの二次電池であって、積層された前記負極合材層全体の厚みが、50μm以下である二次電池とすると良い。 Furthermore, any of the above secondary batteries may be a secondary battery in which the thickness of the laminated negative electrode mixture layer as a whole is 50 μm or less.
本発明の二次電池では、負極合材層全体の厚みを50μm以下としている。負極合材層全体の厚みを50μm以下と薄くすることで、充放電の際、負極合材層と電解液との間におけるイオンの移動が極めて迅速になる。従って、本発明の二次電池は、高出力な二次電池となる。本発明の二次電池は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電源として、十分に使用することができる。 In the secondary battery of the present invention, the entire thickness of the negative electrode mixture layer is 50 μm or less. By reducing the thickness of the entire negative electrode mixture layer to 50 μm or less, the movement of ions between the negative electrode mixture layer and the electrolytic solution becomes extremely rapid during charging and discharging. Therefore, the secondary battery of the present invention is a high output secondary battery. The secondary battery of the present invention can be sufficiently used as a power source for, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle.
さらに、上記いずれかの二次電池であって、前記複数の負極合材層のうち、最も外側に位置する最外側負極合材層は、前記負極バインダの含有率を2wt%以下としてなる二次電池とすると良い。 Furthermore, in the secondary battery according to any one of the above, the outermost negative electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of negative electrode mixture layers has a secondary binder content of 2 wt% or less. Use batteries.
充放電の際、負極合材層と電解液との間でのイオンのやり取りは、複数の負極合材層のうち、最も外側に位置する最外側負極合材層において、最も活発に行われる。従って、負極合材層全体のうち、特に、最外側負極合材層の負極バインダの含有率を低くすることで、出力特性を飛躍的に向上させることができる。本発明の二次電池では、最外側負極合材層について、負極バインダの含有率を2wt%以下と極めて低くしているので、出力特性が飛躍的に向上し、高出力な二次電池となる。 During charging / discharging, the exchange of ions between the negative electrode mixture layer and the electrolytic solution is most actively performed in the outermost negative electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of negative electrode mixture layers. Therefore, in particular, by reducing the content of the negative electrode binder in the outermost negative electrode mixture layer in the entire negative electrode mixture layer, the output characteristics can be dramatically improved. In the secondary battery of the present invention, since the content of the negative electrode binder is extremely low at 2 wt% or less in the outermost negative electrode mixture layer, the output characteristics are remarkably improved, resulting in a high output secondary battery. .
さらに、上記いずれかの二次電池であって、上記二次電池は、リチウムイオン二次電池である二次電池とすると良い。
本発明をリチウムイオン二次電池に適用することで、適切に、出力特性が良好で、且つサイクル寿命特性が良好なリチウムイオン二次電池を得ることができる。
Further, any of the secondary batteries described above, wherein the secondary battery is preferably a secondary battery that is a lithium ion secondary battery.
By applying the present invention to a lithium ion secondary battery, it is possible to appropriately obtain a lithium ion secondary battery having good output characteristics and good cycle life characteristics.
また、他の解決手段は、上記いずれかの二次電池を搭載してなる車両である。 Another solution is a vehicle on which any of the above secondary batteries is mounted.
本発明の車両は、出力特性が良好で、且つサイクル寿命特性が良好な二次電池を搭載している。従って、本発明の車両は、出力特性が良好で、且つサイクル寿命特性が良好な電源を備えた車両となる。
なお、二次電池を搭載した車両としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車のほか、バイク、フォークリフト、電動車いす、電動アシスト自転車、電動スクータ、鉄道車両等を挙げることができる。
また、他の解決手段は、正極集電板と、上記正極集電板上に積層され、正極原料粉末及び正極バインダを含む複数の正極合材層と、を有する二次電池用正極において、上記複数の正極合材層のうち最も上記正極集電板側に位置する最内側正極合材層にかかる上記正極バインダの含有率(wt%)を、他の正極合材層に比べて高くし、且つ、6wt%以上7wt%以下としてなり、上記最内側正極合材層の厚みが、積層された上記正極合材層全体の厚みの1/10以上1/2以下である二次電池用正極である。
さらに、上記の二次電池用正極であって、積層された前記正極合材層全体の厚みが、50μm以下である二次電池用正極とすると良い。
さらに、上記いずれかの二次電池用正極であって、前記複数の正極合材層のうち、最も外側に位置する最外側正極合材層は、前記正極バインダの含有率を2wt%以下としてなる二次電池用正極とすると良い。
また、他の解決手段は、負極集電板と、上記負極集電板上に積層され、負極原料粉末及び負極バインダを含む複数の負極合材層と、を有する二次電池用負極であって、上記複数の負極合材層のうち最も上記負極集電板側に位置する最内側負極合材層にかかる上記負極バインダの含有率(wt%)を、他の負極合材層に比べて高くし、且つ、3wt%以上4wt%以下としてなり、上記最内側負極合材層の厚みが、積層された上記負極合材層全体の厚みの1/20以上1/2以下である二次電池用負極である。
さらに、上記の二次電池用負極であって、積層された前記負極合材層全体の厚みが、50μm以下である二次電池用負極とすると良い。
さらに、上記いずれかの二次電池用負極であって、前記複数の負極合材層のうち、最も外側に位置する最外側負極合材層は、前記負極バインダの含有率を2wt%以下としてなる二次電池用負極とすると良い。
The vehicle of the present invention is equipped with a secondary battery having good output characteristics and good cycle life characteristics. Therefore, the vehicle of the present invention is a vehicle equipped with a power source having good output characteristics and good cycle life characteristics.
Examples of the vehicle equipped with the secondary battery include electric vehicles, hybrid vehicles, motorcycles, forklifts, electric wheelchairs, electric assist bicycles, electric scooters, railway vehicles, and the like.
Another solution is a positive electrode for a secondary battery having a positive electrode current collector plate and a plurality of positive electrode mixture layers that are stacked on the positive electrode current collector plate and include a positive electrode raw material powder and a positive electrode binder. The content rate (wt%) of the positive electrode binder applied to the innermost positive electrode composite material layer located closest to the positive electrode current collector plate among the plurality of positive electrode composite material layers is higher than other positive electrode composite material layers, And the thickness of the innermost positive electrode mixture layer is 1/10 or more and 1/2 or less of the total thickness of the laminated positive electrode mixture layer. is there.
Furthermore, it is preferable that the positive electrode for a secondary battery is a positive electrode for a secondary battery in which the thickness of the stacked positive electrode mixture layer as a whole is 50 μm or less.
Furthermore, in any one of the above-described positive electrodes for a secondary battery, the outermost positive electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of positive electrode mixture layers has a content of the positive electrode binder of 2 wt% or less. A positive electrode for a secondary battery is preferable.
Another solution is a negative electrode for a secondary battery having a negative electrode current collector plate and a plurality of negative electrode mixture layers laminated on the negative electrode current collector plate and including a negative electrode raw material powder and a negative electrode binder. The negative electrode binder content (wt%) of the innermost negative electrode mixture layer located closest to the negative electrode current collector plate among the plurality of negative electrode mixture layers is higher than that of the other negative electrode mixture layers. And the thickness of the innermost negative electrode mixture layer is from 1/20 to 1/2 of the total thickness of the laminated negative electrode mixture layer. It is a negative electrode.
Furthermore, it is preferable that the negative electrode for a secondary battery is the above-described negative electrode for a secondary battery in which the thickness of the laminated negative electrode mixture layer as a whole is 50 μm or less.
Furthermore, in any one of the negative electrodes for a secondary battery, the outermost negative electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of negative electrode mixture layers has a content of the negative electrode binder of 2 wt% or less. A negative electrode for a secondary battery is preferable.
(実施形態1)
次に、本発明の第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態にかかる車両1は、図1に示すように、車体2、エンジン3、フロントモータ4、リヤモータ5、ケーブル7及びバッテリパック6を有し、エンジン3、フロントモータ4及びリヤモータ5との併用で駆動するハイブリッドカーである。具体的には、この車両1は、バッテリパック6をフロントモータ4及びリヤモータ5の駆動用電源として、公知の手段によりエンジン3、フロントモータ4及びリヤモータ5を用いて走行できるように構成されている。
(Embodiment 1)
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
このうち、バッテリパック6は、車両1の車体2に取り付けられており、ケーブル7によりフロントモータ4及びリヤモータ5と接続されている。このバッテリパック6は、図2に示すように、複数の電池モジュール10が列置されて構成されている。詳細には、一列に並べられた複数のリチウムイオン二次電池100(単電池)が、バスバ20により電気的に直列に接続されることで電池モジュール10を構成し、この電池モジュールが複数(図2では、2つのみ図示)、列置されると共に直列に接続されて、バッテリパック6を構成している。
Among these, the
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池100について説明する。本実施形態のリチウムイオン二次電池100は、図3に示すように、平面視矩形状の収容ケース110と、収容ケース110の内部から外部に延出する正極端子120と、収容ケース110の内部から外部に延出する負極端子130とを備えている。
Next, the lithium ion
さらに、図4に示すように、収容ケース110の内部には、電極体150と、図示しない電解液とが収容されている。電解液としては、例えば、EC(エチレンカーボネート)とDEC(ジエチルカーボネート)との混合有機溶媒に、溶質としてLiPF6を添加した有機電解液を用いることができる。
Further, as shown in FIG. 4, an electrode body 150 and an electrolyte solution (not shown) are accommodated in the
電極体150は、断面長円状をなし、シート状の正極160、負極170、及びセパレータ180を捲回してなる扁平型の捲回体である。この電極体150は、その軸線方向(図4において左右方向)の一方端部(図4において左端部)に位置し、正極160の一部のみが渦巻状に重なる正極接続部160bと、他方端部(図3において右端部)に位置し、負極170の一部のみが渦巻状に重なる負極接続部170bとを有している。このうち、正極接続部160bには、正極端子120が溶接されている。また、負極接続部170bには、負極端子130が溶接されている。
The electrode body 150 is an oblong cross-section, and is a flat type wound body obtained by winding a sheet-like
なお、正極160は、正極接続部160bを除く部位に、正極原料粉末165を含む正極合材層162(図5参照)を備えている。同様に、負極170は、負極接続部170bを除く部位に、負極原料粉末175を含む負極合材層172(図6参照)を備えている。
Note that the
収容ケース110は、収容ケース110の最も内側(図4において最も紙面手前側)に位置する内側樹脂フィルム111、この内側樹脂フィルム111の外側(図4において紙面奥側)に隣り合って位置する金属フィルム112、及びこの金属フィルム112の外側(図4において、さらに紙面奥側)に隣り合って位置する外側樹脂フィルム113が積層されたラミネートフィルム101で形成されている。この収容ケース110は、図4に示すように、収容部119内に電極体150を配置させたラミネートフィルム101が、折り返し位置110gで折り返され、図3に示すように、略矩形環状の溶着封止部115(収容ケース110の周縁部)が熱溶着により封止されて、平面視矩形状に成形されている。
The
ここで、正極160について、図5を参照して詳細に説明する。正極160は、図5に示すように、アルミニウム箔からなる正極集電板161と、この正極集電板161の表面161bに積層された正極合材層162とを有している。
Here, the
正極合材層162は、図5に示すように、正極集電板161の表面161b上に積層されてなる、第1正極合材層163及び第2正極合材層164により構成されている。具体的には、正極合材層162は、正極集電板161側に位置する第1正極合材層163(最内側正極合材層)と、正極集電板161の厚み方向外側に位置する第2正極合材層164(最外側正極合材層)とにより構成されている。第1正極合材層163及び第2正極合材層164は、いずれも、正極原料粉末165(正極活物質、導電材)と、正極バインダ166(PVDF)とにより構成されている。
なお、本実施形態1では、正極活物質としてLiNi0.8Co0.15Al0.05O2 を用い、導電材としてアセチレンブラックを用いている。後述する実施形態2,3においても同様である。
As illustrated in FIG. 5, the positive
In the first embodiment, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 is used as the positive electrode active material, and acetylene black is used as the conductive material. The same applies to Embodiments 2 and 3 described later.
特に、本実施形態では、第1正極合材層163にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)を、第2正極合材層164にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)よりも高くしている。具体的には、第1正極合材層163では、正極バインダ166の含有率を6wt%以上7wt%以下としているのに対し、第2正極合材層164では、正極バインダ166の含有率を2wt%としている。
また、本実施形態では、正極合材層162の厚みT2を、50μm以下(詳細には、30μm程度)と極めて薄くしている。さらには、第1正極合材層163の厚みT1を、正極合材層162全体の厚みT2の1/10以上1/2以下としている。
In particular, in the present embodiment, the content (wt%) of the
In the present embodiment, the thickness T2 of the positive
負極170は、図6に示すように、銅箔からなる負極集電板171と、この負極集電板171の表面の171bに積層された負極合材層172とを有している。
負極合材層172は、負極原料粉末175(負極活物質)と、負極バインダ176(SBR,CMC)とにより構成されている。このように、本実施形態では、負極170は、正極160と異なり、一層(1種類)の負極合材層からなる負極合材層172を備えている。なお、負極合材層172の厚みU2は、50μm以下(詳細には、30μm程度)と極めて薄くしている。
なお、本実施形態1では、負極活物質として、黒鉛を用いている。後述する実施形態2,3においても同様である。
As shown in FIG. 6, the
The negative
In the first embodiment, graphite is used as the negative electrode active material. The same applies to Embodiments 2 and 3 described later.
セパレータ180としては、例えば、PE(ポリエチレン)とPP(ポリプロピレン)とからなる樹脂フィルムを用いることができる。 As the separator 180, for example, a resin film made of PE (polyethylene) and PP (polypropylene) can be used.
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池100の製造方法について説明する。
(正極の製作)
まず、94〜93wt%の正極原料粉末165と、6〜7wt%の正極バインダ166(PVDF)とを混合し、これに有機溶剤(NMP)を加えて撹拌して、第1正極ペーストを作製した。次いで、この第1正極ペーストを、正極集電板161(アルミニウム箔)の表面161b上に塗布し、乾燥させた。このようにして、正極集電板161の表面161b上に、第1正極合材層163を形成した。
Next, the manufacturing method of the lithium ion
(Production of positive electrode)
First, 94 to 93 wt% of the positive electrode
次に、98wt%の正極原料粉末165と、2wt%の正極バインダ166(PVDF)とを混合し、これに有機溶剤(NMP)を加えて撹拌して、第2正極ペーストを作製した。次いで、この第2正極ペーストを、第1正極合材層163の表面163b上に塗布し、乾燥させた。このようにして、第1正極合材層163の表面163b上に、第2正極合材層164を形成した。
Next, 98 wt% of the positive electrode
その後、第1正極合材層163及び第2正極合材層164を、プレス加工により押圧成形し、これらの厚みT2を30μm程度にした。これにより、図5に示すように、正極集電板161と、この正極集電板161の表面161bに積層された正極合材層162とを有する正極160を得た。なお、第1正極合材層163の厚みT1は、正極合材層162の厚みT2の1/10以上1/2以下としている。
Thereafter, the first positive
(負極の製作)
96wt%の負極原料粉末175(負極活物質)と、4wt%の負極バインダ176(SBR,CMC)とを混合し、これに水を加えて撹拌して、負極ペーストを作製した。次いで、この負極ペーストを、負極集電板(銅箔)の表面上に塗布し、乾燥させた。このようにして、負極集電板の表面上に負極合材層を形成した。その後、負極合材層をプレス加工により押圧成形し、負極合材層の厚みを30μm程度にした。このようにして、正極160と異なり、負極合材層を一層のみ備える負極170を得た。
(Production of negative electrode)
96 wt% of negative electrode raw material powder 175 (negative electrode active material) and 4 wt% of negative electrode binder 176 (SBR, CMC) were mixed, and water was added and stirred to prepare a negative electrode paste. Next, this negative electrode paste was applied on the surface of a negative electrode current collector (copper foil) and dried. In this way, a negative electrode mixture layer was formed on the surface of the negative electrode current collector plate. Thereafter, the negative electrode mixture layer was press-molded by press working so that the thickness of the negative electrode mixture layer was about 30 μm. Thus, unlike the
(電池の作製)
次いで、正極160、負極170、及びセパレータ180を積層しつつ、これらを捲回して扁平捲回型の電極体150を形成した。なお、正極160、負極170、及びセパレータ180を積層する際には、電極体150の一端部から、正極160のうち正極合材を塗工していない未塗工部が突出するように、正極160を配置しておく。さらには、負極170のうち負極合材を塗工していない未塗工部が、正極160の未塗工部とは反対側から突出するように、負極170を配置しておく。これにより、正極接続部160b及び負極接続部170bを有する電極体150(図4参照)が形成される。
(Production of battery)
Next, while laminating the
次に、電極体150の正極接続部160bと正極端子120とを接続する。具体的には、例えば、正極接続部160bと正極端子120とを圧着した状態で溶接(例えば、超音波溶接やスポット溶接など)することにより、正極接続部160bと正極端子120とを接続する。同様に、電極体150の負極接続部170bと負極端子130とを接続する。具体的には、例えば、負極接続部170bと負極端子130とを圧着した状態で溶接(例えば、超音波溶接やスポット溶接など)することにより、負極接続部170bと負極端子130とを接続する。
Next, the positive
これとは別に、ラミネートフィルム101を用意する。具体的には、内側樹脂フィルム111、金属フィルム112、及び外側樹脂フィルム113を積層した後、これを押圧成形して、収容部119を凹設したラミネートフィルム101を得る(図4参照)。次いで、図4に示すように、正極端子120及び負極端子130を溶接した電極体150を、ラミネートフィルム101の収容部119内に配置する。その後、ラミネートフィルム101を、その折り返し位置110gで折り返し、電極体150を内部に収容する。
Separately, a
次に、図7に示すように、溶着封止部115のうち、後に電解液を注入する注入口116を除く部位(図7において、ドットを付した部位)を、その厚み方向に加圧しつつ加熱して、内側樹脂フィルム111同士を熱溶着させる。これにより、正極端子120及び負極端子130を収容ケース110の内部から外部に延出させつつ、内部に電極体150を収容することができる。次いで、注液口116を通じて、収容ケース110内に電解液を注入する。その後、熱溶着により注液口116を閉塞することで、収容ケース110を封止する。これにより、図3に示すリチウムイオン二次電池100が完成する。
Next, as shown in FIG. 7, a portion of the welded sealing
なお、本実施形態のリチウムイオン二次電池100では、溶着封止部115のうち注液口116とした部位について、他の部位に比べて僅かに接着力を弱くしている。これにより、図3に示すように、注液口116とした部位を安全弁118とすることができる。従って、電池ケース110の内圧が所定値を超えると、安全弁118の位置で収容ケース110の封止が開放され、収容ケース110内のガスを外部に排出することができる。
Note that, in the lithium ion
(実施例1,2及び参考例1,2)
第1正極合材層163の正極バインダ166の含有率(wt%)のみを異ならせた、4種類のリチウムイオン二次電池(実施例1,2及び参考例1,2)を製造した。具体的には、第1正極合材層163の正極バインダ166の含有率(wt%)を、4wt%(参考例1)、5wt%(参考例2)、6wt%(実施例1)、7wt%(実施例2)と異ならせている。
(Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 and 2 )
The content of the
(比較例1〜4)
実施形態のリチウムイオン二次電池100と比較して、第1正極合材層の正極バインダ166の含有率(wt%)のみを異ならせた、4種類のリチウムイオン二次電池(比較例1〜4)を製造した。具体的には、第1正極合材層の正極バインダ166の含有率(wt%)を、2wt%(比較例1)、3wt%(比較例2)、8wt%(比較例3)、10wt%(比較例4)と異ならせている。
(Comparative Examples 1-4)
Compared with the lithium ion
(充放電試験)
次に、実施例1,2、参考例1,2、及び比較例1〜4にかかるリチウムイオン二次電池について、充放電試験を行った。
具体的には、それぞれのリチウムイオン二次電池について、25℃の常温環境下において、2C(1.4A)の電流で、満充電状態になるまで充電し、その後、完全放電状態になるまで放電する充放電サイクルを、500サイクル行った。
(Charge / discharge test)
Next, charge / discharge tests were conducted on the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 and 2, Reference Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 to 4.
Specifically, each lithium ion secondary battery is charged with a current of 2 C (1.4 A) under a normal temperature environment of 25 ° C. until the battery is fully charged, and then discharged until the battery is fully discharged. 500 charge / discharge cycles were performed.
この充放電試験では、それぞれのリチウムイオン二次電池について、まず、1サイクル目の充放電サイクルにおいて、満充電状態になるまで充電した後、放電する際、10秒間あたりの出力(ワット)を測定した。このときの出力(ワット)を、「初期」の出力として、図8に○印で示す。さらに、500サイクル目の充放電サイクルにおいて、満充電状態になるまで充電した後、放電する際、10秒間あたりの出力(ワット)を測定した。このときの出力(ワット)を、「サイクル試験後」の出力として、図8に△印で示す。 In this charge / discharge test, for each lithium ion secondary battery, first, in the first charge / discharge cycle, after charging until it reaches a fully charged state, the output (watt) per 10 seconds is measured. did. The output (watts) at this time is indicated by a circle in FIG. 8 as an “initial” output. Furthermore, in the charge / discharge cycle of the 500th cycle, when the battery was discharged until it was fully charged, the output (watt) per 10 seconds was measured. The output (watts) at this time is indicated by Δ in FIG. 8 as the output “after cycle test”.
図8に○印で示すように、第1正極合材層の正極バインダ166の含有率を7wt%以下(具体的には、2〜7wt%)にした二次電池(比較例1,2及び実施例1,2及び参考例1,2)では、初期の出力が19W程度と高く、優れた出力特性を示した。ところが、第1正極合材層の正極バインダ166の含有率を7wt%より大きく(具体的には、8〜10wt%)すると、初期の出力が大きく低下した。
As indicated by a circle in FIG. 8, secondary batteries (Comparative Examples 1 and 2) in which the content of the
この結果より、第1正極合材層163の正極バインダ166の含有率を7wt%以下とすることで、二次電池の出力特性(特に、常温環境下での出力特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、第1正極合材層163の正極バインダ166の含有率を7wt%以下に抑制することで、正極バインダ166の含有率を低く(本実施形態では、2wt%)した第2正極合材層164のみならず、第1正極合材層163においてもLiイオンの動きをスムーズにできるためと考えられる。
From this result, by making the content rate of the
また、図8に△印で示すように、第1正極合材層の正極バインダ166の含有率を4wt%より小さく(具体的には、2〜3wt%)した二次電池(比較例1,2)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力に比べて6〜7W程度も低下し、サイクル寿命特性が好ましくなかった。これに対し、第1正極合材層の正極バインダ166の含有率を4wt%以上(具体的には、4〜10wt%)にした二次電池(実施例1,2及び参考例1,2及び比較例3,4)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力から2〜3W程度低下しただけであり、優れたサイクル寿命特性を示した。
Further, as indicated by Δ in FIG. 8, a secondary battery (Comparative Example 1) in which the content of the
この結果より、第1正極合材層163の正極バインダ166の含有率を4wt%以上とすることで、二次電池のサイクル寿命特性(特に、常温環境下でのサイクル寿命特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、第1正極合材層163の正極バインダ166の含有率を4wt%以上とすることで、正極合材層162と正極集電板161とを強固に結着することができ、長期間充放電を繰り返しても、正極合材層162と正極集電板161との結合を維持することができるためと考えられる。
From this result, by making the content rate of the
以上より、第1正極合材層163(最内側正極合材層)について、正極バインダ166の含有率を4wt%以上7wt%以下とすることで、出力特性(特に、常温環境下での出力特性)が良好で、且つサイクル寿命特性(特に、常温環境下でのサイクル寿命特性)が良好な二次電池を得ることができるといえる。
As described above, with respect to the first positive electrode mixture layer 163 (innermost positive electrode mixture layer), the content of the
特に、実施例1,2及び参考例1,2のリチウムイオン二次電池では、初期の出力が19W程度と高くなり、優れた出力特性を示した。これは、正極合材層162全体の厚みを50μm以下(具体的には、30μm程度)と極めて薄くしたために、充放電の際、正極合材層162と電解液との間におけるLiイオンの移動が極めて迅速になったからと考えられる。さらには、第2正極合材層164(最外側正極合材層)の正極バインダ166の含有率を2wt%以下(実施例1,2及び参考例1,2では、2wt%)と極めて低くしたために、第2正極合材層164と電解液との間でのLiイオンのやり取りが特に活発になり、出力特性を飛躍的に向上させることができたからと考えられる。
In particular, in the
(実施例3〜6)
次に、正極合材層162全体の厚みT2に対する第1正極合材層163の厚みT1の比率(=T1/T2)のみを異ならせた、4種類のリチウムイオン二次電池100(実施例3〜6)を製造した。具体的には、T1/T2の値を、1/10(実施例3)、1/6(実施例4)、1/3(実施例5)、1/2(実施例6)と異ならせている。なお、第1正極合材層163(最内側正極合材層)の正極バインダ166の含有率は、いずれの二次電池においても6wt%としている。
(Examples 3 to 6 )
Next, four types of lithium ion secondary batteries 100 (Example 3 ) in which only the ratio (= T1 / T2) of the thickness T1 of the first positive
(比較例5,6)
実施形態のリチウムイオン二次電池100と比較して、正極合材層全体の厚みT2に対する第1正極合材層の厚みT1の比率(=T1/T2)のみを異ならせた、2種類のリチウムイオン二次電池(比較例5,6)を製造した。具体的には、T1/T2の値を、1/30(比較例5)、2/3(比較例6)と異ならせている。なお、第1正極合材層(最内側正極合材層)の正極バインダ166の含有率は、実施例と同様に、いずれの二次電池においても6wt%としている。
(Comparative Examples 5 and 6)
Compared to the lithium ion
(充放電試験)
次に、実施例3〜6及び比較例5,6にかかるリチウムイオン二次電池について、前述の実施例1,2と同様に、25℃の常温環境下において充放電試験を行った。この充放電試験の1サイクル目における、それぞれの二次電池の出力(初期の出力)を、図9に○印で示す。さらに、それぞれの二次電池の500サイクル目における出力(サイクル試験後の出力)を、図9に△印で示す。
(Charge / discharge test)
Next, the lithium ion secondary batteries according to Examples 3 to 6 and Comparative Examples 5 and 6 were subjected to a charge / discharge test in a room temperature environment of 25 ° C. as in Examples 1 and 2 described above. The output (initial output) of each secondary battery in the first cycle of the charge / discharge test is indicated by a circle in FIG. Furthermore, the output (the output after the cycle test) in the 500th cycle of each secondary battery is indicated by Δ in FIG.
図9に○印で示すように、T1/T2の値を1/2以下(具体的には、1/30〜1/2)にした二次電池(比較例5及び実施例3〜6)では、初期の出力が19W程度と高く、優れた出力特性を示した。ところが、T1/T2の値を1/2より大きく(具体的には、2/3)した二次電池(比較例6)では、初期の出力が16W程度に小さくなり、出力特性が低下した。 As shown by the circles in FIG. 9, secondary batteries (Comparative Example 5 and Examples 3-6 ) in which the value of T1 / T2 is ½ or less (specifically, 1/30 to 1/2). Then, the initial output was as high as about 19 W, and excellent output characteristics were exhibited. However, in the secondary battery (Comparative Example 6) in which the value of T1 / T2 is larger than 1/2 (specifically, 2/3), the initial output is reduced to about 16 W, and the output characteristics are deteriorated.
この結果より、T1/T2の値を1/2以下とすることで、すなわち、第1正極合材層163(最内側正極合材層)の厚みを、正極合材層162全体の厚みの1/2以下とすることで、二次電池の出力特性(特に、常温環境下での出力特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、正極バインダ166の含有率を4wt%以上7wt%以下(実施例3〜6では、6wt%)とした第1正極合材層163(最内側正極合材層)の厚みを、正極合材層162全体の厚みの1/2以下に抑制することで、正極合材層162全体における正極バインダ166の絶対量を抑制し、充放電の際の正極合材層162内におけるLiイオンの移動をスムーズにすることができるからと考えられる。
From this result, by setting the value of T1 / T2 to 1/2 or less, that is, the thickness of the first positive electrode mixture layer 163 (innermost positive electrode mixture layer) is set to 1 of the total thickness of the positive
また、図9に△印で示すように、T1/T2の値を1/10より小さく(具体的には、1/30)した二次電池(比較例5)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力に比べて7W程度も低下し、サイクル寿命特性が好ましくなかった。これに対し、T1/T2の値を1/10以上(具体的には、1/10〜2/3)にした二次電池(実施例3〜6及び比較例6)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力から2〜4W程度低下しただけで、良好なサイクル寿命特性を示した。 Further, as indicated by Δ in FIG. 9, in the secondary battery (Comparative Example 5) in which the value of T1 / T2 is smaller than 1/10 (specifically, 1/30), the output after the cycle test is The cycle life characteristics were not preferable because the output was reduced by about 7 W compared to the initial output. On the other hand, in secondary batteries (Examples 3 to 6 and Comparative Example 6) in which the value of T1 / T2 is 1/10 or more (specifically, 1/10 to 2/3), the cycle test is performed. Only when the output was reduced by about 2 to 4 W from the initial output, good cycle life characteristics were exhibited.
この結果より、T1/T2の値を1/10以上とすることで、すなわち、第1正極合材層163(最内側正極合材層)の厚みを、正極合材層162全体の厚みの1/10以上とすることで、二次電池のサイクル寿命特性(特に、常温環境下でのサイクル寿命特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、正極バインダ166の含有率を4wt%以上7wt%以下(具体的には、6wt%)とした第1正極合材層163(最内側正極合材層)の厚みを、正極合材層全体の厚みの1/10以上とすることで、正極合材層162全体の固着に寄与する第1正極合材層163の厚みを十分に確保し、第1正極合材層163により正極合材層162全体を正極集電板161に強固に結着することができるからと考えられる。
From this result, by setting the value of T1 / T2 to 1/10 or more, that is, the thickness of the first positive electrode mixture layer 163 (innermost positive electrode mixture layer) is 1 of the total thickness of the positive
以上より、正極バインダ166の含有率を4wt%以上7wt%以下とした第1正極合材層163(最内側正極合材層)の厚みを、正極合材層162全体の厚みの1/10以上1/2以下とすることで、出力特性(特に、常温環境下での出力特性)が良好で、且つサイクル寿命特性(特に、常温環境下でのサイクル寿命特性)が良好な二次電池を得ることができるといえる。
From the above, the thickness of the first positive electrode mixture layer 163 (innermost positive electrode mixture layer) in which the content of the
(実施形態2)
次に、本発明の第2の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態2は、実施形態1と比較して、リチウムイオン二次電池の電極(正極及び負極)のみが異なり、その他の部分については同等である。従って、ここでは、実施形態1と異なる部分について説明し、その他の部分については、説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The second embodiment is different from the first embodiment only in the electrodes (positive electrode and negative electrode) of the lithium ion secondary battery, and the other parts are the same. Therefore, here, a different part from
本実施形態2のリチウムイオン二次電池200は、図10の展開図に示すように、実施形態1のリチウムイオン二次電池100と比較して、電極体150に代えて電極体250を備えている点のみが異なっている。この電極体250は、実施形態1の電極体150と比較して、正極160に代えて正極260を、負極170に代えて負極270を有している点が異なっている。
The lithium ion
正極260は、図11に示すように、アルミニウム箔からなる正極集電板261と、この正極集電板261の表面261bに積層された正極合材層262とを有している。正極合材層262は、実施形態1の正極合材層162と異なり、一層(1種類)の正極合材層により構成されている。なお、この正極合材層262は、実施形態1の正極合材層162と同様に、正極原料粉末165(正極活物質、導電材)と、正極バインダ166(PVDF)とにより構成されている。
As shown in FIG. 11, the
負極270は、図12に示すように、銅箔からなる負極集電板271と、この負極集電板271の表面の271bに積層された負極合材層272とを有している。
負極合材層272は、実施形態1の負極合材層172と異なり、負極集電板271の表面271b上に積層されてなる、第1負極合材層273(最内側負極合材層)及び第2負極合材層274(最外側負極合材層)により構成されている。具体的には、負極合材層272は、負極集電板271側に位置する第1負極合材層273と、負極集電板271の厚み方向外側に位置する第2負極合材層274とにより構成されている。第1負極合材層273及び第2負極合材層274は、いずれも、実施形態1と同様に、負極原料粉末175(負極活物質)と、負極バインダ176(SBR,CMC)とにより構成されている。
As shown in FIG. 12, the
Unlike the negative
特に、本実施形態では、第1負極合材層273にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)を、第2負極合材層274にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)よりも高くしている。具体的には、第2正極合材層273では、負極バインダ176の含有率を3wt%以上4wt%以下としているのに対し、第2負極合材層274では、負極バインダ176の含有率を2wt%としている。
さらに、本実施形態では、第2負極合材層273の厚みU1を、負極合材層272全体の厚みU2の1/20以上1/2以下としている。
In particular, in the present embodiment, the content (wt%) of the
Furthermore, in this embodiment, the thickness U1 of the second negative electrode mixture layer 273 is set to 1/20 or more and 1/2 or less of the total thickness U2 of the negative
(負極の製作)
次に、負極270の製作方法について説明する。
まず、97〜96wt%の負極原料粉末175(負極活物質)と、3〜4wt%の負極バインダ176(SBR,CMC)とを混合し、これに水を加えて撹拌して、第1負極ペーストを作製した。次いで、この第1負極ペーストを、負極集電板271(銅箔)の表面271b上に塗布し、乾燥させた。このようにして、負極集電板271の表面271b上に、第1負極合材層273を形成した。
(Production of negative electrode)
Next, a manufacturing method of the
First, 97 to 96 wt% of negative electrode raw material powder 175 (negative electrode active material) and 3 to 4 wt% of negative electrode binder 176 (SBR, CMC) are mixed, and water is added to this and stirred. A negative electrode paste was prepared. Next, the first negative electrode paste was applied onto the
次に、98wt%の負極原料粉末175(負極活物質)と、2wt%の負極バインダ176(SBR,CMC)とを混合し、これに水を加えて撹拌して、第2負極ペーストを作製した。次いで、この第2負極ペーストを、第1負極合材層273の表面273b上に塗布し、乾燥させた。このようにして、第1負極合材層273の表面273b上に、第2正極合材層274を形成した。
Next, 98 wt% of negative electrode raw material powder 175 (negative electrode active material) and 2 wt% of negative electrode binder 176 (SBR, CMC) were mixed, and water was added thereto and stirred to prepare a second negative electrode paste. . Next, the second negative electrode paste was applied onto the
その後、第1負極合材層273及び第2負極合材層274を、プレス加工により押圧成形し、これらの厚みU2を30μm程度にした。これにより、図12に示すように、負極集電板271と、この負極集電板271の表面271bに積層された負極合材層272とを有する負極270を得た。なお、第1負極合材層273の厚みU1は、負極合材層272全体の厚みU2の1/20以上1/2以下としている。
Thereafter, the first negative electrode mixture layer 273 and the second negative
(実施例7〜9及び参考例3,4)
第1負極合材層273の負極バインダ176の含有率(wt%)のみを異ならせた、5種類のリチウムイオン二次電池(7〜9及び参考例3,4)を製造した。具体的には、第1負極合材層273の負極バインダ176の含有率(wt%)を、3wt%(実施例7)、3.5wt%(実施例8)、4wt%(実施例9)、5wt%(参考例3)、6wt%(参考例4)と異ならせている。
(Examples 7 to 9 and Reference Examples 3 and 4 )
The content of the
(比較例7〜9)
実施形態のリチウムイオン二次電池200と比較して、第1負極合材層の負極バインダ176の含有率(wt%)のみを異ならせた、3種類のリチウムイオン二次電池(比較例7〜9)を製造した。具体的には、第1負極合材層の負極バインダ176の含有率(wt%)を、2wt%(比較例7)、2.5wt%(比較例8)、8wt%(比較例9)と異ならせている。
(Comparative Examples 7-9)
Compared with the lithium ion
(充放電試験)
次に、実施例7〜9及び参考例3,4及び比較例7〜9にかかるリチウムイオン二次電池について、充放電試験を行った。具体的には、それぞれのリチウムイオン二次電池について、−30℃の低温環境下において、2C(1.4A)の電流で、満充電状態になるまで充電し、その後、完全放電状態になるまで放電する充放電サイクルを、500サイクル行った。
(Charge / discharge test)
Next, charge / discharge tests were performed on the lithium ion secondary batteries according to Examples 7 to 9, Reference Examples 3 and 4, and Comparative Examples 7 to 9. Specifically, each lithium ion secondary battery is charged at a low temperature environment of −30 ° C. with a current of 2C (1.4 A) until it is fully charged, and then is fully discharged. 500 charge / discharge cycles were performed.
この充放電試験では、それぞれのリチウムイオン二次電池について、まず、1サイクル目の充放電サイクルにおいて、満充電状態になるまで充電した後、放電する際、2秒間あたりの出力(ワット)を測定した。このときの出力(ワット)を、「初期」の出力として、図13に○印で示す。さらに、500サイクル目の充放電サイクルにおいて、満充電状態になるまで充電した後、放電する際、2秒間あたりの出力(ワット)を測定した。このときの出力(ワット)を、「サイクル試験後」の出力として、図13に△印で示す。 In this charge / discharge test, for each lithium ion secondary battery, first, in the first charge / discharge cycle, the battery was charged until it was fully charged, and then the output (watt) per second was measured when discharging. did. The output (watt) at this time is indicated by a circle in FIG. 13 as an “initial” output. Furthermore, in the 500th charge / discharge cycle, when the battery was discharged until it was fully charged, the output (watt) per second was measured. The output (in watts) at this time is indicated by Δ in FIG. 13 as the output after “cycle test”.
図13に○印で示すように、第1負極合材層の負極バインダ176の含有率を6wt%以下(具体的には、2〜6wt%)にした二次電池(比較例7,8及び実施例7〜9及び参考例3,4)では、初期の出力が3Wよりも高く、良好な出力特性を示した。ところが、第1負極合材層の負極バインダ176の含有率を6wt%より大きく(具体的には、8wt%)した二次電池(比較例9)では、初期の出力が2.5W程度にまで低下し、出力特性が好ましくなかった。
As indicated by a circle in FIG. 13, secondary batteries (Comparative Examples 7 and 8 and Comparative Examples 7 and 8) in which the content of the
この結果より、第1負極合材層273の負極バインダ176の含有率を6wt%以下とすることで、二次電池の出力特性(特に、低温環境下での出力特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、第1負極合材層273の負極バインダ176の含有率を6wt%以下とすることで、負極バインダ176の含有率を低く(本実施形態では、2wt%)した第2負極合材層274のみならず、第1負極合材層273においてもLiイオンの動きをスムーズにできるためと考えられる。
From this result, by making the content rate of the
また、図13に△印で示すように、第1負極合材層の負極バインダ176の含有率を3wt%より小さく(具体的には、2〜2.5wt%)にした二次電池(比較例7,8)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力に比べて1.3〜1.5W程度も低下し、サイクル寿命特性が好ましくなかった。これに対し、第1負極合材層の負極バインダ176の含有率を3wt%以上(具体的には、3〜8wt%)にした二次電池(実施例7〜9及び参考例3,4及び比較例9)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力から0.2〜0.6W程度低下しただけであり、良好なサイクル寿命特性を示した。
Further, as shown by Δ in FIG. 13, a secondary battery in which the content of the
この結果より、第1負極合材層273の負極バインダ176の含有率を3wt%以上とすることで、二次電池のサイクル寿命特性(特に、低温環境下でのサイクル寿命特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、第1負極合材層273の負極バインダ176の含有率を3wt%以上とすることで、負極合材層272と負極集電板271とを強固に結着することができ、長期間充放電を繰り返しても、負極合材層272と負極集電板271との結合を維持することができるためと考えられる。
From this result, by making the content rate of the
以上より、第1負極合材層273(最内側正極合材層)について、負極バインダ176の含有率を3wt%以上6wt%以下とすることで、出力特性(特に、低温環境下での出力特性)が良好で、且つサイクル寿命特性(特に、低温環境下でのサイクル寿命特性)が良好な二次電池を得ることができるといえる。
From the above, regarding the first negative electrode mixture layer 273 (innermost positive electrode mixture layer), by setting the content of the
(実施例10〜14)
次に、負極合材層272全体の厚みU2に対する第1負極合材層273の厚みU1の比率(=U1/U2)のみを異ならせた、5種類のリチウムイオン二次電池200(実施例10〜14)を製造した。具体的には、U1/U2の値を、1/20(実施例10)、1/10(実施例11)、1/5(実施例12)、1/3(実施例13)、1/2(実施例14)と異ならせている。なお、第1負極合材層273(最内側負極合材層)の負極バインダ176の含有率は、いずれの二次電池においても4wt%としている。
(Examples 10 to 14 )
Next, five types of lithium ion secondary batteries 200 (Example 10 ) in which only the ratio of the thickness U1 of the first negative electrode mixture layer 273 to the thickness U2 of the entire negative electrode mixture layer 272 (= U1 / U2) was varied. To 14 ). Specifically, the values of U1 / U2 are set to 1/20 (Example 10 ), 1/10 (Example 11 ), 1/5 (Example 12 ), 1/3 (Example 13 ), 1 / 2 (Example 14 ). In addition, the content rate of the
(比較例10,11)
実施形態のリチウムイオン二次電池200と比較して、負極合材層全体の厚みU2に対する第1負極合材層の厚みU1の比率(=U1/U2)のみを異ならせた、2種類のリチウムイオン二次電池(比較例10,11)を製造した。具体的には、U1/U2の値を、1/30(比較例10)、2/3(比較例11)と異ならせている。なお、第1負極合材層(最内側負極合材層)の負極バインダ176の含有率は、実施例と同様に、いずれの二次電池においても4wt%としている。
(Comparative Examples 10 and 11)
Compared to the lithium ion
(充放電試験)
次に、実施例10〜14及び比較例10,11にかかるリチウムイオン二次電池について、前述の実施例7〜9と同様に、低温環境下(−30℃)において充放電試験を行った。この充放電試験の1サイクル目における、それぞれの二次電池の出力(初期の出力)を、図14に○印で示す。さらに、それぞれの二次電池の500サイクル目における出力(サイクル試験後の出力)を、図14に△印で示す。
(Charge / discharge test)
Next, the lithium ion secondary batteries according to Examples 10 to 14 and Comparative Examples 10 and 11 were subjected to a charge / discharge test in a low temperature environment (−30 ° C.) as in Examples 7 to 9 described above. The output (initial output) of each secondary battery in the first cycle of this charge / discharge test is indicated by a circle in FIG. Furthermore, the output (the output after the cycle test) at the 500th cycle of each secondary battery is indicated by Δ in FIG.
図14に○印で示すように、U1/U2の値を1/2以下(具体的には、1/30〜1/2)にした二次電池(比較例10及び実施例10〜14)では、いずれも初期の出力が3Wよりも高くなり、良好な出力特性を示した。ところが、U1/U2の値を1/2より大きく(具体的には、2/3)した二次電池(比較例11)では、初期の出力が2.6W程度にまで低下し、出力特性が好ましくなかった。 As indicated by circles in FIG. 14, secondary batteries in which the value of U1 / U2 is ½ or less (specifically, 1/30 to 1/2) (Comparative Example 10 and Examples 10 to 14 ) In either case, the initial output was higher than 3 W, and good output characteristics were exhibited. However, in the secondary battery (Comparative Example 11) in which the value of U1 / U2 is larger than 1/2 (specifically, 2/3), the initial output is reduced to about 2.6 W, and the output characteristics are reduced. It was not preferable.
この結果より、U1/U2の値を1/2以下とすることで、すなわち、第1負極合材層273(最内側負極合材層)の厚みを、負極合材層272全体の厚みの1/2以下とすることで、二次電池の出力特性(特に、低温環境下での出力特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、負極バインダ176の含有率を3wt%以上6wt%以下(実施例10〜14では、4wt%)とした第1負極合材層273(最内側負極合材層)の厚みを、負極合材層272全体の厚みの1/2以下に抑制することで、負極合材層272全体おける負極バインダ176の絶対量を抑制し、充放電の際の負極合材層272内におけるLiイオンの移動をスムーズにすることができるからと考えられる。
From this result, the value of U1 / U2 is set to 1/2 or less, that is, the thickness of the first negative electrode mixture layer 273 (innermost negative electrode mixture layer) is set to 1 of the total thickness of the negative
また、図14に△印で示すように、U1/U2の値を1/20より小さく(具体的には、1/30)した二次電池(比較例10)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力に比べて1.5W程度も低下し、サイクル寿命特性が好ましくなかった。これに対し、U1/U2の値を1/20以上(具体的には、1/20〜2/3)にした二次電池(実施例10〜14及び比較例11)では、サイクル試験後の出力が、初期の出力から0.3〜0.7W程度低下しただけで、良好なサイクル寿命特性を示した。 Further, as indicated by Δ in FIG. 14, in the secondary battery (Comparative Example 10) in which the value of U1 / U2 is smaller than 1/20 (specifically, 1/30), the output after the cycle test is The cycle life characteristics were unfavorable because it was reduced by about 1.5 W compared to the initial output. On the other hand, in the secondary batteries (Examples 10 to 14 and Comparative Example 11 ) in which the value of U1 / U2 is 1/20 or more (specifically, 1/20 to 2/3), after the cycle test Only when the output was reduced by about 0.3 to 0.7 W from the initial output, good cycle life characteristics were exhibited.
この結果より、U1/U2の値を1/20以上とすることで、すなわち、第1負極合材層273(最内側負極合材層)の厚みを、負極合材層272全体の厚みの1/20以上とすることで、二次電池のサイクル寿命特性(特に、低温環境下でのサイクル寿命特性)を良好にすることができるといえる。この理由は、負極バインダ176の含有率を3wt%以上6wt%以下(実施例10〜14では、4wt%)とした第1負極合材層273(最内側負極合材層)の厚みを、負極合材層全体の厚みの1/20以上とすることで、負極合材層272全体の固着に寄与する第1負極合材層273の厚みを十分に確保できるので、第1負極合材層273により負極合材層272全体を負極集電板271に強固に結着することができるからと考えられる。
From this result, the value of U1 / U2 is set to 1/20 or more, that is, the thickness of the first negative electrode mixture layer 273 (innermost negative electrode mixture layer) is 1 of the total thickness of the negative
以上より、負極バインダ176の含有率を3wt%以上6wt%以下とした第1負極合材層273(最内側負極合材層)の厚みを、負極合材層272全体の厚みの1/20以上1/2以下とすることで、出力特性(特に、低温環境下での出力特性)が良好で、且つサイクル寿命特性(特に、低温環境下でのサイクル寿命特性)が良好な二次電池を得ることができるといえる。
From the above, the thickness of the first negative electrode mixture layer 273 (innermost negative electrode mixture layer) in which the content of the
(実施形態3)
次に、本発明の第3の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態3は、実施形態1と比較して、リチウムイオン二次電池のみが異なり、その他の部分については同等である。具体的には、本実施形態3のリチウムイオン二次電池300は、図15に示すように、実施形態1のリチウムイオン二次電池100と比較して、電極体150に代えて電極体350を備えている点のみが異なっている。この電極体350は、実施形態1の電極体150と比較して、負極170に代えて、実施形態2にかかる負極270(図12参照)を有している点のみが異なっている。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The third embodiment is different from the first embodiment only in the lithium ion secondary battery, and the other parts are the same. Specifically, as shown in FIG. 15, the lithium ion
すなわち、本実施形態3のリチウムイオン二次電池300では、第1正極合材層163にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)を、第2正極合材層164にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)よりも高くし、且つ、第1負極合材層273にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)を、第2負極合材層274にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)よりも高くしている。しかも、第1正極合材層163の正極バインダ166の含有率を6wt%以上7wt%以下とし、且つ、第1負極合材層273の負極バインダ176の含有率を3wt%以上4wt%以下としてる。その上、第1正極合材層163の厚みT1を、正極合材層162の厚みT2の1/10以上1/2以下とし、且つ、第1負極合材層273の厚みU1を、負極合材層272全体の厚みU2の1/10以上1/2以下としている。
That is, in the lithium ion
(実施例15)
正極バインダ166の含有率を6wt%とした第1正極合材層163と、正極バインダ166の含有率を2wt%とした第2正極合材層164とを積層して、正極160を作製した。さらに、負極バインダ176の含有率を4wt%とした第1負極合材層273と、負極バインダ176の含有率を2wt%とした第2負極合材層274とを積層して、負極270を作製した。次いで、この正極160及び負極270を用いて、実施例15にかかるリチウムイオン二次電池300を製造した。
(Example 15 )
A
(充放電試験)
次に、実施例19にかかるリチウムイオン二次電池300について、前述の実施例1〜4と同様に、25℃の常温環境下で充放電試験を行った。この充放電試験の1サイクル目における、リチウムイオン二次電池300の出力(初期の出力)を、図16に白抜きの棒グラフで示す。さらに、500サイクル目における出力(サイクル試験後の出力)を、図16にハッチングした棒グラフ示す。
(Charge / discharge test)
Next, the lithium ion
さらに、本実施例15のリチウムイオン二次電池300との比較のため、25℃の常温環境下で充放電試験を行った際の、実施例1のリチウムイオン二次電池100にかかる初期の出力を、図16に白抜きの棒グラフで示すと共に、サイクル試験後の出力を、図16にハッチングした棒グラフ示す。なお、実施例1のリチウムイオン二次電池100は、本実施例15にかかるリチウムイオン二次電池300と比較して、負極のみが異なっている。具体的には、実施例1のリチウムイオン二次電池100は、本実施例15と同様に、第1正極合材層163にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)を、第2正極合材層164にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)よりも高くしてなる正極160を有している。一方、負極としては、正極160と異なり、一層(1種類)の負極合材層からなる負極合材層172(図16参照)を有している。
Further, for comparison with the lithium ion
図16に白抜きの棒グラフで示すように、実施例1のリチウムイオン二次電池100及び本実施例15のリチウムイオン二次電池300は、共に、初期の出力が19W程度と高く、出力特性が良好であった。詳細に検討すると、本実施例15のリチウムイオン二次電池300のほうが、実施例1のリチウムイオン二次電池100に比べて、初期の出力が高く、出力特性が優れていた。
As shown in the bar graph of white in FIG. 16, a lithium ion
さらに、図16にハッチングした棒グラフで示すように、実施例1のリチウムイオン二次電池100及び本実施例15のリチウムイオン二次電池300は、共に、サイクル試験後の出力が17W程度と高く、サイクル寿命特性も良好であった。詳細に検討すると、本実施例15のリチウムイオン二次電池300のほうが、実施例1のリチウムイオン二次電池100に比べて、サイクル試験後の出力が高く、サイクル寿命特性も優れていた。
Further, as shown by bar graph hatching in FIG. 16, a lithium ion
これらの理由は、本実施例15のリチウムイオン二次電池300では、実施例1のリチウムイオン二次電池100と異なり、正極のみならず、負極についても、第1負極合材層(最内側負極合材層)にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)を、第2負極合材層(最外側負極合材層)にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)よりも高くし、且つ、第1負極合材層の負極バインダ176の含有率を3wt%以上6wt%以下としているからと考えられる。
The reason for this is that, in the lithium ion
(充放電試験)
また、実施例15にかかるリチウムイオン二次電池300について、前述の実施例7〜9と同様に、−30℃の低温環境下で充放電試験を行った。この充放電試験の1サイクル目における、リチウムイオン二次電池300の出力(初期の出力)を、図17に白抜きの棒グラフで示す。さらに、500サイクル目における出力(サイクル試験後の出力)を、図17にハッチングした棒グラフ示す。
(Charge / discharge test)
Moreover, about the lithium ion
さらに、本実施例15のリチウムイオン二次電池300との比較のため、−30℃の低温環境下で充放電試験を行った際の、実施例9のリチウムイオン二次電池200にかかる初期の出力を、図17に白抜きの棒グラフで示すと共に、サイクル試験後の出力を、図17にハッチングした棒グラフ示す。なお、実施例9のリチウムイオン二次電池200は、本実施例15にかかるリチウムイオン二次電池300と比較して、正極のみが異なっている。具体的には、実施例9のリチウムイオン二次電池200は、本実施例15と同様に、第1負極合材層273にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)を、第2負極合材層274にかかる負極バインダ176の含有率(wt%)よりも高くしてなる負極270を有している。一方、正極としては、負極270と異なり、一層(1種類)の正極合材層からなる正極合材層262(図11参照)を有している。
Further, for comparison with the lithium ion
図17に白抜きの棒グラフで示すように、実施例9のリチウムイオン二次電池200及び本実施例15のリチウムイオン二次電池300は、共に、初期の出力が3.4W程度と高く、出力特性が良好であった。さらに、図17にハッチングした棒グラフで示すように、実施例9のリチウムイオン二次電池200及び本実施例15のリチウムイオン二次電池300は、共に、サイクル試験後の出力も3W程度と高く、サイクル寿命特性の良好であった。詳細に検討すると、本実施例15のリチウムイオン二次電池300のほうが、実施例9のリチウムイオン二次電池200に比べて、サイクル試験後の出力が高く、サイクル寿命特性が優れていた。
As shown by a white bar graph in FIG. 17, both the lithium ion
この理由は、本実施例15のリチウムイオン二次電池300では、実施例9のリチウムイオン二次電池200と異なり、負極のみならず、正極についても、第1正極合材層(最内側正極合材層)にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)を、第2正極合材層(最外側正極合材層)にかかる正極バインダ166の含有率(wt%)よりも高くし、且つ、第1正極合材層の正極バインダ166の含有率を4wt%以上7wt%以下としているからと考えられる。
This is because the lithium ion
以上の結果より、正極について、第1正極合材層(最内側正極合材層)にかかる正極バインダの含有率(wt%)を、第2正極合材層(最外側正極合材層)にかかる正極バインダの含有率(wt%)よりも高くし、且つ、第1正極合材層の正極バインダの含有率を4wt%以上7wt%以下とすると共に、負極についても、第1負極合材層(最内側負極合材層)にかかる負極バインダの含有率(wt%)を、第2負極合材層(最外側負極合材層)にかかる負極バインダの含有率(wt%)よりも高くし、且つ、第1負極合材層の負極バインダの含有率を3wt%以上6wt%以下とした二次電池は、いずれか一方の電極のみを上記条件に設定した二次電池に比べて、常温環境下及び低温環境下のいずれにおいても、出力特性及びサイクル寿命特性がより一層良好になるといえる。 From the above results, for the positive electrode, the content (wt%) of the positive electrode binder in the first positive electrode mixture layer (innermost positive electrode mixture layer) is changed to the second positive electrode mixture layer (outermost positive electrode mixture layer). The positive electrode binder content is higher than the positive electrode binder content (wt%), and the positive electrode binder content of the first positive electrode mixture layer is 4 wt% or more and 7 wt% or less. The content rate (wt%) of the negative electrode binder applied to the (innermost negative electrode composite material layer) is set higher than the content rate (wt%) of the negative electrode binder applied to the second negative electrode composite material layer (outermost negative electrode composite material layer). In addition, the secondary battery in which the content of the negative electrode binder in the first negative electrode mixture layer is 3 wt% or more and 6 wt% or less is a room temperature environment as compared with a secondary battery in which only one of the electrodes is set to the above conditions. Output characteristics and cycle life in both low and low temperature environments Sex can be said to have become more favorable.
以上において、本発明を実施形態1〜3(実施例1〜15)に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態1〜3では、車両1の電源としてリチウムイオン二次電池100〜300を例示したが、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素蓄電池など、他の二次電池を用いるようにしても良い。すなわち、本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素蓄電池など、他の二次電池にも適用することができる。
In the above, the present invention has been described with reference to
For example, in the first to third embodiments, the lithium ion
また、実施形態1〜3では、ラミネートフィルム101からなる収容ケース110を備えるリチウムイオン二次電池100〜300を例示したが、収容ケース110は、金属フィルム及び樹脂フィルムを積層してなるラミネートフィルムに限らず、直方体形状や円筒形状に成形された金属や樹脂等で構成するようにしても良い。
Moreover, in Embodiments 1-3, although the lithium ion secondary batteries 100-300 provided with the
1 車両
6 バッテリパック
10 電池モジュール
100,200,300 リチウムイオン二次電池
160,260 正極
161,261 正極集電板
162,262 正極合材層
163 第1正極合材層(最内側正極合材層)
164 第2正極合材層(最外側正極合材層)
165 正極原料粉末
166 正極バインダ
170,270 負極
171,271 負極集電板
172,272 負極合材層
175 負極原料粉末
176 負極バインダ
273 第1負極合材層(最内側負極合材層)
274 第2負極合材層(最外側負極合材層)
DESCRIPTION OF
164 Second positive electrode mixture layer (outermost positive electrode mixture layer)
165 Positive electrode
274 Second negative electrode mixture layer (outermost negative electrode mixture layer)
Claims (13)
上記正極は、
正極集電板と、
上記正極集電板上に積層され、正極原料粉末及び正極バインダを含む複数の正極合材層であって、
上記複数の正極合材層のうち最も上記正極集電板側に位置する最内側正極合材層にかかる上記正極バインダの含有率(wt%)を、
他の正極合材層に比べて高くし、且つ、
6wt%以上7wt%以下としてなる
正極合材層と、を有し、
上記最内側正極合材層の厚みが、積層された上記正極合材層全体の厚みの1/10以上1/2以下であり、
上記負極は、
負極集電板と、
上記負極集電板上に積層され、負極原料粉末及び負極バインダを含む複数の負極合材層であって、
上記複数の負極合材層のうち最も上記負極集電板側に位置する最内側負極合材層にかかる上記負極バインダの含有率(wt%)を、
他の負極合材層に比べて高くし、且つ、
3wt%以上4wt%以下としてなる
負極合材層と、を有し、
上記最内側負極合材層の厚みが、積層された上記負極合材層全体の厚みの1/20以上1/2以下である
二次電池。 A secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode,
The positive electrode
A positive electrode current collector plate;
A plurality of positive electrode mixture layers laminated on the positive electrode current collector plate and including a positive electrode raw material powder and a positive electrode binder,
Of the plurality of positive electrode mixture layers, the content (wt%) of the positive electrode binder on the innermost positive electrode mixture layer located closest to the positive electrode current collector plate,
Higher than other positive electrode mixture layers, and
It possesses a positive-electrode mixture layer formed as follows 6 wt% or more 7 wt%, and
The thickness of the innermost positive electrode mixture layer is 1/10 or more and 1/2 or less of the total thickness of the laminated positive electrode mixture layer,
The negative electrode is
A negative electrode current collector plate;
A plurality of negative electrode mixture layers laminated on the negative electrode current collector plate and including a negative electrode raw material powder and a negative electrode binder,
The content (wt%) of the negative electrode binder applied to the innermost negative electrode mixture layer located closest to the negative electrode current collector plate among the plurality of negative electrode mixture layers,
Higher than other negative electrode composite layers, and
3 wt% or more and 4 wt% or less
A negative electrode mixture layer,
The secondary battery has a thickness of the innermost negative electrode mixture layer that is 1/20 or more and 1/2 or less of a total thickness of the laminated negative electrode mixture layer .
積層された前記正極合材層全体の厚みが、50μm以下である
二次電池。 The secondary battery according to claim 1 ,
A secondary battery in which the thickness of the laminated positive electrode mixture layer as a whole is 50 μm or less.
前記複数の正極合材層のうち、最も外側に位置する最外側正極合材層は、前記正極バインダの含有率を2wt%以下としてなる
二次電池。 The secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein
The outermost positive electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of positive electrode mixture layers is a secondary battery in which the content of the positive electrode binder is 2 wt% or less.
積層された前記負極合材層全体の厚みが、50μm以下である
二次電池。 The secondary battery according to any one of claims 1 to 3 ,
A secondary battery in which the thickness of the entire laminated negative electrode mixture layer is 50 μm or less.
前記複数の負極合材層のうち、最も外側に位置する最外側負極合材層は、前記負極バインダの含有率を2wt%以下としてなる
二次電池。 The secondary battery according to any one of claims 1 to 4 ,
The outermost negative electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of negative electrode mixture layers is a secondary battery in which the content of the negative electrode binder is 2 wt% or less.
上記二次電池は、リチウムイオン二次電池である
二次電池。 A secondary battery according to any one of claims 1 to 5 ,
The secondary battery is a secondary battery that is a lithium ion secondary battery.
上記正極集電板上に積層され、正極原料粉末及び正極バインダを含む複数の正極合材層と、を有する A plurality of positive electrode mixture layers including a positive electrode raw material powder and a positive electrode binder laminated on the positive electrode current collector plate.
二次電池用正極において、In the positive electrode for secondary battery,
上記複数の正極合材層のうち最も上記正極集電板側に位置する最内側正極合材層にかかる上記正極バインダの含有率(wt%)を、 Of the plurality of positive electrode mixture layers, the content (wt%) of the positive electrode binder on the innermost positive electrode mixture layer located closest to the positive electrode current collector plate,
他の正極合材層に比べて高くし、且つ、 Higher than other positive electrode mixture layers, and
6wt%以上7wt%以下としてなり、 6 wt% or more and 7 wt% or less,
上記最内側正極合材層の厚みが、積層された上記正極合材層全体の厚みの1/10以上1/2以下である The thickness of the innermost positive electrode mixture layer is 1/10 or more and 1/2 or less of the total thickness of the laminated positive electrode mixture layer.
二次電池用正極。Secondary battery positive electrode.
積層された前記正極合材層全体の厚みが、50μm以下である The thickness of the laminated positive electrode mixture layer as a whole is 50 μm or less.
二次電池用正極。Secondary battery positive electrode.
前記複数の正極合材層のうち、最も外側に位置する最外側正極合材層は、前記正極バインダの含有率を2wt%以下としてなる Outermost positive electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of positive electrode mixture layers has a content of the positive electrode binder of 2 wt% or less.
二次電池用正極。Secondary battery positive electrode.
上記負極集電板上に積層され、負極原料粉末及び負極バインダを含む複数の負極合材層と、を有する A plurality of negative electrode mixture layers including a negative electrode raw material powder and a negative electrode binder laminated on the negative electrode current collector plate.
二次電池用負極であって、A negative electrode for a secondary battery,
上記複数の負極合材層のうち最も上記負極集電板側に位置する最内側負極合材層にかかる上記負極バインダの含有率(wt%)を、 The content (wt%) of the negative electrode binder applied to the innermost negative electrode mixture layer located closest to the negative electrode current collector plate among the plurality of negative electrode mixture layers,
他の負極合材層に比べて高くし、且つ、 Higher than other negative electrode composite layers, and
3wt%以上4wt%以下としてなり、 3 wt% or more and 4 wt% or less,
上記最内側負極合材層の厚みが、積層された上記負極合材層全体の厚みの1/20以上1/2以下である The thickness of the innermost negative electrode mixture layer is 1/20 or more and 1/2 or less of the total thickness of the laminated negative electrode mixture layer.
二次電池用負極。Negative electrode for secondary battery.
積層された前記負極合材層全体の厚みが、50μm以下である The entire thickness of the laminated negative electrode mixture layer is 50 μm or less.
二次電池用負極。Negative electrode for secondary battery.
前記複数の負極合材層のうち、最も外側に位置する最外側負極合材層は、前記負極バインダの含有率を2wt%以下としてなる The outermost negative electrode mixture layer located on the outermost side among the plurality of negative electrode mixture layers has a content of the negative electrode binder of 2 wt% or less.
二次電池用負極。Negative electrode for secondary battery.
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