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公開番号2021044250
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210318
出願番号2020189542
出願日20201113
発明の名称蓄電素子
出願人株式会社GSユアサ
代理人
主分類H01M 4/131 20100101AFI20210219BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電極がプレスによって曲がることが抑制された蓄電素子を提供する。
【解決手段】箔状の電極基材と、該電極基材に重ねられ且つ粒子状の活物質を含む活物質層と、を有する電極を備え、活物質の粒径D50と粒径D90とは、0.39≦粒径D50/(粒径D50+粒径D90)≦0.43の関係式を満たす(式中、粒径D50は、粒度分布にて体積積算が50%となる粒径であり、粒径D90は、粒度分布にて体積積算が90%となる粒径である。)、蓄電素子を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
箔状の電極基材と、該電極基材に重ねられ且つ粒子状の活物質を含む活物質層と、を有する電極を備え、
前記活物質の粒径D50と粒径D90とは、0.39≦粒径D50/(粒径D50+粒径D90)≦0.43 の関係式を満たす(式中、粒径D50は、粒度分布にて体積積算が50%となる粒径であり、粒径D90は、粒度分布にて体積積算が90%となる粒径である。)、蓄電素子。
続きを表示(約 410 文字)【請求項2】
前記電極は、正極である、請求項1に記載の蓄電素子。
【請求項3】
前記活物質は、Li

Ni

Mn

Co



の化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物(ただし、0<v≦1.3であり、w+x+y=1であり、0<w<1であり、0<x<1であり、0<y<1であり、1.7≦z≦2.3である)である、請求項2に記載の蓄電素子。
【請求項4】
前記電極は、前記電極基材に前記活物質層が重なることによって前記電極基材が覆われた被覆部と、前記電極基材に前記活物質層が重ならず前記電極基材が露出した露出部とを有する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄電素子。
【請求項5】
前記電極が厚み方向に積み重なっている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蓄電素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電素子に関する。
続きを表示(約 5,600 文字)【背景技術】
【0002】
従来、正極及び負極を電極として備え、電極が、箔状の電極基材と、粒子状の活物質を含み且つ電極基材に重ねられた活物質層とを有する非水電解質二次電池が知られている。
【0003】
この種の非水電解質二次電池に使用され得る正極の活物質としては、特定の組成及び特定の粒径を有する粒子状のニッケルコバルト複合水酸化物から得られる活物質が考えられる(例えば、特許文献1)。特許文献1には、斯かる複合水酸化物を粒度測定し10%、50%、90%の体積積算値となる粒径をD10、D50、D90としたとき、(D50−D10)/D50≦0.25、及び、(D90−D10)/D50≦0.25が満たされることが記載されている。
【0004】
ところが、上記のように得られた活物質を電極に含む電池では、例えば製造時に、電極がプレスされることによって、電極が曲がる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2014−144894号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、電極がプレスによって曲がることが抑制された蓄電素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の蓄電素子は、箔状の電極基材と、該電極基材に重ねられ且つ粒子状の活物質を含む活物質層と、を有する電極を備え、
活物質の粒径D50と粒径D90とは、0.39≦粒径D50/(粒径D50+粒径D90)≦0.43 の関係式を満たす(式中、粒径D50は、粒度分布にて体積積算が50%となる粒径であり、粒径D90は、粒度分布にて体積積算が90%となる粒径である。)。
当該関係式を満たすことにより、プレスにより曲がることが抑制された電極が得られるメカニズムは必ずしも明らかではないが、以下の通りと推測される。すなわち、斯かる構成の蓄電素子によれば、活物質の粒径が上記の関係式を満たすため、電極がプレスされても、活物質層において、より大きい粒子の間により小さい粒子が適度に入り込む。小さい粒子が大きい粒子の間に入り込む分、厚み方向の圧縮力が活物質層の面方向に分散される。従って、電極基材の一部に圧縮力が集中することが抑えられる。これにより、活物質層が電極基材に比較的均等な力で押し付けられる。電極基材に対して比較的均等に力が加わることから、不均一な圧縮力で電極基材が伸びることが抑えられる。従って、厚み方向に波打つように電極が曲がることを抑制できる。また、例えば、矩形状の電極基材の一辺に沿って電極基材が露出した電極の場合、プレスされると、露出した側を内側にして電極が湾曲しやすい。しかしながら、電極基材が不均一に伸びることが上記のごとく抑えられる分、電極が湾曲することを抑制できる。このように、斯かる構成の蓄電素子によれば、電極が曲がることを抑制できる。
【0008】
上記の蓄電素子では、電極は、正極であってもよい。正極の活物質は、Li

Ni

Mn

Co



の化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物(ただし、0<v≦1.3であり、w+x+y=1であり、0<w<1であり、0<x<1であり、0<y<1であり、1.7≦z≦2.3である)であってもよい。
【0009】
上記の蓄電素子では、電極は、電極基材に活物質層が重なることによって電極基材が覆われた被覆部と、電極基材に活物質層が重ならず電極基材が露出した露出部とを有してもよい。被覆部と露出部とを有する電極がプレスされると、活物質層の厚み分、より強い力が被覆部に加わる。しかしながら、電極が被覆部と露出部とを有しても、被覆部から電極基材へ比較的均等に力が加わる分、電極がプレスによって曲がることを抑制できる。
【0010】
上記の蓄電素子では、上記の電極が厚み方向に積み重なっていてもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、電極がプレスによって曲がることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1は、本実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。
図2は、同実施形態に係る蓄電素子の正面図である。
図3は、図1のIII−III線位置の断面図である。
図4は、図1のIV−IV線位置の断面図である。
図5は、同実施形態に係る蓄電素子の一部を組み立てた状態の斜視図であって、注液栓、電極体、集電体、及び外部端子を蓋板に組み付けた状態の斜視図である。
図6は、同実施形態に係る蓄電素子の電極体の構成を説明するための図である。
図7は、図6のVII−VII線位置の断面図である。
図8は、同実施形態に係る蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。
図9は、正極の湾曲値を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図1〜図7を参照しつつ説明する。蓄電素子には、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材(各構成要素)の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。
【0014】
本実施形態の蓄電素子1は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子1は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子1は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子1は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子1は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子1は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子1と組み合わされて蓄電装置100に用いられる。前記蓄電装置100では、該蓄電装置100に用いられる蓄電素子1が電気エネルギーを供給する。
【0015】
蓄電素子1は、図1〜図7に示すように、正極11と負極12とを電極として含む電極体2と、電極体2を収容するケース3と、ケース3の外側に配置される外部端子7であって電極体2と導通する外部端子7と、を備える。また、蓄電素子1は、電極体2、ケース3、及び外部端子7の他に、電極体2と外部端子7とを導通させる集電体5等を有する。
【0016】
電極体2は、正極11と負極12とがセパレータ4によって互いに絶縁された状態で積層された積層体22が巻回されることによって形成される。
【0017】
正極11は、金属箔111(正極基材)と、金属箔111に重ねられ且つ活物質を含む正極活物質層112と、を有する。本実施形態では、正極活物質層112は、金属箔111の両面にそれぞれ重ねられる。正極11の厚みは、通常、40μm以上200μm以下である。金属箔111は帯状である。本実施形態の正極の金属箔111は、例えば、アルミニウム箔である。
【0018】
正極活物質層112は、活物質と、バインダと、を含む。詳しくは、正極活物質層112は、活物質を85質量%以上95質量%以下含み、バインダを2質量%以上10質量%以下含む。正極活物質層112の厚みは、通常、10μm以上100μm以下である。正極活物質層112の目付量は、通常、5.0mg/cm

以上15.0mg/cm

以下である。正極活物質層112は、プレスされることによって、通常、1g/cm

以上4g/cm

以下の充填密度を有する。
【0019】
正極11の活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物である。正極11の活物質は、粒子状である。
【0020】
正極11の活物質の粒径D50と粒径D90とは、0.39≦粒径D50/(粒径D50+粒径D90)≦0.43 の関係式を満たす(式中、粒径D50は、粒度分布にて体積積算が50%となる粒径であり、粒径D90は、粒度分布にて体積積算が90%となる粒径である。)。即ち、正極11の活物質の粒度分布において、体積積算が50%となる粒径D50と、体積積算が90%となる粒径D90とは、上記関係式を満たす。
【0021】
粒径D50は、通常、2μm以上10μm以下である。粒径D50は、3μm以上8μm以下であってもよい。
【0022】
粒径D90は、通常、3μm以上15μm以下である。粒径D90は、4μm以上11μm以下であってもよい。
【0023】
上記の粒径D50は、粒径の粒度分布において小径側から体積累積分布を描き、体積累積頻度が50%となる平均粒径(メディアン径とも呼ばれる)である。粒径D50は、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置によって測定することにより求めたD50の値である。上記の粒径D90は、体積累積頻度が90%となる粒径である点以外は、粒径D50と同様である。粒径D50及び粒径D90の測定条件については、実施例において詳しく説明する。
【0024】
なお、上記と同様にして測定した粒径であって体積積算が10%となる粒径D10は、通常、1μm以上5μm以下である。
【0025】
正極11の活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極の活物質は、例えば、Li

MeO

(Meは、1又は2以上の遷移金属を表す)によって表される複合酸化物(Li

Co



、Li

Ni



、Li

Mn



、Li

Ni

Co

Mn



等)、又は、Li

Me

(XO



(Meは、1又は2以上の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、Vを表す)によって表されるポリアニオン化合物(Li

Fe

PO

、Li

Mn

PO

、Li

Mn

SiO

、Li

Co

PO

F等)である。
【0026】
本実施形態では、正極11の活物質は、Li

Ni

Mn

Co



の化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物(ただし、0<v≦1.3であり、w+x+y=1であり、0<w<1であり、0<x<1であり、0<y<1であり、1.7≦z≦2.3である)である。上記のごときLi

Ni

Mn

Co



の化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物は、例えば、LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3


、LiNi
1/6
Co
2/3
Mn
1/6


などである。
【0027】
正極活物質層112に用いられるバインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム(SBR)である。本実施形態のバインダは、ポリフッ化ビニリデンである。
【0028】
正極活物質層112は、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極活物質層112は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。
【0029】
負極12は、金属箔121(負極基材)と、金属箔121に重ねられ且つ活物質を含む負極活物質層122と、を有する。本実施形態では、負極活物質層122は、金属箔121の両面にそれぞれ重ねられる。金属箔121は帯状である。本実施形態の負極の金属箔121は、銅箔である。負極12の厚みは、通常、40μm以上200μm以下である。
【0030】
負極活物質層122は、活物質と、バインダと、を有する。負極活物質層122は、セパレータ4を介して正極11と向き合うように配置される。負極活物質層122の厚みは、通常、10μm以上100μm以下である。
(【0031】以降は省略されています)

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